Comments
Description
Transcript
Πτυχιακή εργασία
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ∆ΕΥΤΙΚΟ Ι∆ΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ Π ΑΡΑ ΡΤ Η Μ Α ΧΑ ΝΙ ΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ KAI ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩN Πτυχιακή εργασία µε θέµα Ηλεκτροµαγνητική Επιβάρυνση και ∆οσιµετρία από την Κινητή Τηλεφωνία και Άλλες Πηγές Ακτινοβολίας από την Αναστάσιο Κοντογιαννάτο. Εκπονήθηκε υπό την επίβλεψη του Επίκουρου Καθηγητή ∆ρ. Ιωάννη Βαρδιάµπαση στα πλαίσια του “ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ – Αρχιµήδης: Ενίσχυση Ερευνητικών Οµάδων στα ΤΕΙ – Μελέτη-Σχεδίαση ευφυών κεραιών µε τεχνικές υπολογιστικού ηλεκτροµαγνητισµού και πιλοτική ανάπτυξηλειτουργία ψηφιακού ραδιοφωνικού σταθµού DAB στα Χανιά (SMART-DAB)” Χανιά, ∆εκέµβριος 2005 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Αφιερώνεται στον αδερφό µου Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 2 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα πτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών και Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών του Παραρτήµατος Χανίων του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύµατος Κρήτης, µε στόχο την µελέτη της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας από την κινητή τηλεφωνία και τις επιδράσεις της στον ανθρώπινο οργανισµό. Στην προσπάθεια αυτή ουσιαστική και ιδιαίτερα πολύτιµη ήταν η καθοδήγηση του επιβλέποντος καθηγητή κ. Ιωάννη Βαρδιάµπαση. Η συλλογή των απαραίτητων στοιχείων για την πραγµατοποίηση αυτής της πτυχιακής εργασίας έγινε µέσω του διαδικτύου, της κεντρικής βιβλιοθήκης του Πολυτεχνείου Κρήτης και της βιβλιοθήκης του Παραρτήµατος Χανίων Τ.Ε.Ι Κρήτης. Κλείνοντας τον πρόλογο αυτό, ένα µεγάλο ευχαριστώ στον καθηγητή µου κ. Ιωάννη Βαρδιάµπαση και στην οικογένειά µου για την στήριξη που µου παρείχε όλα αυτά τα χρόνια και συνεχίζει να µου παρέχει. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών και Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών του Τµήµατος Ηλεκτρονικής Τ.Ε.Ι. Κρήτης, στα πλαίσια του ερευνητικού προγράµµατος “Αρχιµήδης: Ενίσχυση Ερευνητικών Οµάδων στα ΤΕΙ – Μελέτησχεδίαση ευφυών κεραιών µε τεχνικές υπολογιστικού ηλεκτροµαγνητισµού και πιλοτική ανάπτυξηλειτουργία ψηφιακού ραδιοφωνικού σταθµού DAB στα Χανιά (SMART-DAB)” που συγχρηµατοδείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση και το Υπουργείο Εθνικής Παιδείας & Θρησκευµάτων µέσω του ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ. Κοντογιαννάτος Αναστάσιος Χανιά, ∆εκέµβριος 2005 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 3 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το κινητό τηλέφωνο αποτελεί ένα από τα επιτεύγµατα της σύγχρονης τεχνολογίας των τηλεπικοινωνιών που έχει αναδειχθεί σε είδος πρώτης επιλογής από τους καταναλωτές. Οι λόγοι είναι πολλαπλοί, µε κυριότερο εκείνον της εύκολης και άµεσης επικοινωνίας για λόγους επαγγελµατικούς, κοινωνικούς αλλά και ψυχαγωγίας. Ιστορικά, η πρώτη εφαρµογή πραγµατοποιήθηκε στις ΗΠΑ το 1970 στα Εργαστήρια Bell, και σταδιακά επεκτάθηκε σε όλες τις χώρες του κόσµου και σε όλα τα κοινωνικά στρώµατα. Η εξάπλωση είναι τόσο µεγάλη που υπολογίζεται ότι σε πολλές χώρες αντιστοιχεί ένα κινητό τηλέφωνο για κάθε τρεις κατοίκους. Έχει επισηµανθεί εδώ και αρκετά χρόνια, από τους επιστήµονες τους σχετικούς µε τις επιπτώσεις της ακτινοβολίας που προέρχεται από ραδιοσυχνότητες, ο κίνδυνος των δυσµενών επιπτώσεων στην υγεία όσων εκτίθενται σε αυτές. Όµως επειδή είναι δύσκολη η άµεση απόδειξη των επιπτώσεων αυτών (για λόγους που θα εξηγηθούν παρακάτω) το θέµα παραµένει ανοιχτό, µε τις Εταιρίες (κατασκευαστικές κινητών τηλεφώνων και παροχής υπηρεσιών κινητής τηλεφωνίας) να υποστηρίζουν ότι τηρούνται τα όρια ασφαλείας που έχουν θεσπιστεί και τους ερευνητές να επιµένουν (στην πλειοψηφία τους), ότι υπάρχουν ποικίλες επιπτώσεις στους χρήστες κινητών τηλεφώνων. Στην παρούσα διπλωµατική εργασία θα επιχειρήσουµε να παρουσιάσουµε το θέµα όσο πιο αντικειµενικά γίνεται χωρίς να αδικούµε την προσφορά της κινητής τηλεφωνίας στη βελτίωση της ποιότητας ζωής του σύγχρονου ανθρώπου αλλά και χωρίς να αγνοούµε τις πιθανές (και πολλές φορές ανιχνεύσιµες) βιολογικές επιπτώσεις που έχει αυτού του είδους η ακτινοβολία. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται Περιγραφή του προβλήµατος και µια Ιστορική αναδροµή. Στο δεύτερο κεφάλαιο ορίζονται βασικές έννοιες και µεγέθη, µονάδες µέτρησης τους και γίνεται ο διαχωρισµός ανάµεσα στα φυσικά και τεχνητά Η/Μ πεδία. Στο τρίτο κεφαλαίο γίνεται περιγραφή των ιδιοτήτων της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας, αναφέρεται η βιολογική δράση των Η/Μ κυµάτων και των ηλεκτροµαγνητικών πεδίων σε επίπεδο κυττάρων και ιστών,οι βιολογικές επιδράσεις της µη ιονίζουσας Η/Μ ακτινοβολίας, γίνεται ο διαχωρισµός θερµικών και αθερµικών επιδράσεων και περιγράφονται διάφορες µέθοδοι µελέτης. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται τα όρια επικινδυνότητας µε βάση τις θερµικές επιδράσεις (όρια επικινδυνότητας της IRPA, του ANSI και Ευρωπαϊκής Ένωσης), τις αθερµικές επιδράσεις, τα όρια Ασφαλείας Κινητής Τηλεφωνίας καθώς επίσης και µετρήσεις που έγιναν για τον υπολογισµό της έντασης του πεδίου από κινητό τηλέφωνο. Στο πέµπτο, έκτο, έβδοµο και όγδοο κεφαλαίο γίνεται µια αναφορά για την ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από το δίκτυο διανοµής και χρήσης του ηλεκτρικού ρεύµατος, από κεραίες ραντάρ, από τις οικιακές συσκευές και από την κινητή Τηλεφωνία (κεραιών βάσης, φορητών - κινητών τηλεφώνων) αντίστοιχα. Το ένατο κεφάλαιο είναι το κεφάλαιο της υπολογιστικής δοσιµετρίας. Η υπολογιστική δοσιµετρία υπολογίζει τη σχέση µεταξύ των εξωτερικών µη-διαταραγµένων ηλεκτροµαγνητικών πεδίων και των Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 4 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών πεδίων που προκαλούνται (δηµιουργούνται) µέσα στο σώµα. Στο κεφάλαιο αυτό αναφέρεται ο ρόλος της δοσιµετρίας για τις κυτταρικές κινητές επικοινωνίες. Γίνεται υπολογιστική µοντελοποίηση του ανθρώπινου σώµατος και µια θεωρητική προσέγγιση γύρω από τις βιολογικές επιδράσεις ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων ραδιοσυχνοτήτων. Αναφέρονται τα δοσιµετρικά µεγέθη και όρια ασφαλούς έκθεσης και γίνεται εκτίµηση του ρυθµού ειδικής απορρόφησης µε υπολογιστικές, πειραµατικές και θερµιδοµετρικές τεχνικές. Στο δέκατο και τελευταίο κεφάλαιο δίνονται απαντήσεις σε συχνές απορίες. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών και Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών του Τµήµατος Ηλεκτρονικής Τ.Ε.Ι. Κρήτης, στα πλαίσια του ερευνητικού προγράµµατος “Αρχιµήδης: Ενίσχυση Ερευνητικών Οµάδων στα ΤΕΙ – Μελέτησχεδίαση ευφυών κεραιών µε τεχνικές υπολογιστικού ηλεκτροµαγνητισµού και πιλοτική ανάπτυξηλειτουργία ψηφιακού ραδιοφωνικού σταθµού DAB στα Χανιά (SMART-DAB)” που συγχρηµατοδείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση και το Υπουργείο Εθνικής Παιδείας & Θρησκευµάτων µέσω του ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 5 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ABSTRACT Mobile phone is one of the achievements of modern technology in telecommunications that has become a kind of first choice of the consumers. There are multiple reasons, mainly for the simplicity and direct communication for professional, social and entertaining reasons as well. Historically the first implementation was achieved in the USA in 1970 in Bell’s laboratories and it gradually expanded in other countries all over the world and at all social levels. This expansion is so rapid that it is estimated in many countries there is an equivalence of one mobile phone for every three citizens. It is pointed out for several years from the scientists, who are relevant to the consequences of radiation which comes from the radio frequencies, the danger of unfavorable repercussions to those who are exposed to them. However because it is difficult to prove directly the results (for reasons that will be explained below) the issue remains open,with the Companies (mobile phones manufacturers and services )to support that the safety limits which have been defined are followed and the searchers to insist (in their majority ) that there are varied results on mobile phone users. In this diploma assignment we will try to present this issue as objectively as possible without being injustice to the offer of portable phones in the improvement of the quality in modern people lives but without ignoring the possible (and very often scouted) biological consequences that this type of radiation causes. In the first chapter there is a Description of the problem and a historical retro gradation. In chapter 2 some basic meanings and dimensions are determined, their units of measurement and electromagnetic fields are separated to physical and technological. In chapter 3 there is a description of the utilities of electromagnetic radiation,it is mentioned that the biological action of electromagnetic waves and fields at the level of cells and tissues, the biological influence of the non-ion electromagnetic radiation causes the distinguish between thermal and nonthermal reactions and various methods of studying are described. In chapter 4 the limits of danger based on thermal influences (IRPA’s limits of danger of ANSI and European Union) the non thermal influences the safety limits of mobile phones whereas the measurements that took place to calculate the intensity of the field from the cell phone. In chapters 5,6,7,and 8 there is a report on the electromagnetic deterioration from the distributional network and the use of the electricity from radar aerials, household devices and mobile phones( portable- mobile phones). The ninth chapter is the one about the accounting dosimetria. The accounting dosimetria calculates the relation between the external non-disturbed electromagnetic field and the fields that are caused in the body. In this chapter the role of dosimetria is mentioned in relation to the cellular mobile communications. A computerized model of the human body and a theoretical approach on biological influences of electromagnetic waves and radio frequencies. The dose measurement sizes and limits of Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 6 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών safe exposure are mentioned and there is an estimation about the rhythm of special soaking by accounting, experimental and calories measurement techniques. In chapter 10 which is the last one, common questions are answered. This work was done at the Microwave Communications and Electromagnetic Applications Lab of T.E.I. of Crete and supported by the Greek Ministry of National Education and Religious Affairs and the European Union under the ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ – Archimedes – Support of Research Groups in T.E.I. of Crete project “Smart antenna study & design using techniques of computational electromagnetics and pilot development & operation of a digital audio broadcasting station at Chania of Crete (SMART-DAB)”. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 7 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ………………………………………………................................................. ΠΕΡΙΛΗΨΗ……………………………………………………………………………..… ABSTRACT……………………………………………………………………………..… 3 4 6 1 Περιγραφή του προβλήµατος - Ιστορική αναδροµή………………………………..… 9 2 Ηλεκτροµαγνητικό πεδίο και κύµα - Βασικές έννοιες και µεγέθη…………………… 11 2.1 Ορισµοί βασικών εννοιών και µεγεθών………………………………………………………... 2.2 Μονάδες µέτρησης…………………………………………………………............................... 2.3 Φυσικά και τεχνητά ηλεκτροµαγνητικά πεδία……………………………………………….… 11 13 13 3 Οι βιολογικές επιδράσεις της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας………………….… 15 3.1 Ιδιότητες της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας……………………………..………………… 3.2 Βιολογική δράση των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων………………………….…………….… 3.3 Θερµικές και αθερµικές επιδράσεις…………………………………………............................. 3.4 Μέθοδοι µελέτης…………………………………………………………………………..…… 3.5 Οι βιολογικές επιδράσεις της µη ιονίζουσας ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας………………. 3.6 Οι µηχανισµοί βιολογικών επιδράσεων………………………………………………………... 3.7 Βιολογική δράση κι επικινδυνότητα των Η/Μ πεδίων σε επίπεδο κυττάρων και ιστών…….… 3.8 Συµπεράσµατα…………………………………………………………………………….…… 15 17 17 19 22 24 25 33 4 Όρια επικινδυνότητας της µη ιονίζουσας ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας………. 34 4.1 Τα όρια επικινδυνότητας µε βάση τις θερµικές επιδράσεις…………………………………..... 4.2 Όρια επικινδυνότητας µε βάση και τις αθερµικές επιδράσεις………......................................... 4.3 Όρια ασφαλείας κινητής τηλεφωνίας………………………………........................................... 4.4 Μετρήσεις έντασης πεδίου από κινητό τηλέφωνο………………………………….……….…. 34 36 36 38 5 Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από το δίκτυο του ηλεκτρικού ρεύµατος…..……… 39 5.1 Επιβάρυνση από καλώδια υψηλής τάσης…………………………………………………….... 39 6 Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από κεραίες ραντάρ…................................................ 41 6.1 Στρατιωτικά ραντάρ…………………………………………………......................................... 6.2 Ραντάρ πολιτικών αεροδροµίων……………………………………………..………………… 41 41 7 Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από τις οικιακές συσκευές………………................. 43 7.1 Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από τις οικιακές ηλεκτρικές συσκευές…….……………….... 7.2 Ακτινοβολία τηλεοράσεων…………………………………………………………….……….. 7.3 Ακτινοβολία οθόνης υπολογιστών……………………………………….………………….…. 43 44 44 8 Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από την κινητή τηλεφωνία…..................................... 46 8.1 Ακτινοβολία κεραιών βάσης…………………………………….…………………………….. 8.2 Ακτινοβολία φορητών (κινητών) τηλεφώνων……………………………..….......................... 47 47 9 Υπολογιστική ∆οσιµετρία………………………………………………………………. 50 9.1 Υπολογιστική µοντελοποίηση του ανθρώπινου σώµατος…………………………………….. 9.2 Θεωρητική προσέγγιση………………………………………………………………………... 9.3 ∆οσιµετρικά µεγέθη και όρια ασφαλούς έκθεσης………………………………….………….. 9.4 Εκτίµηση ρυθµού ειδικής απορρόφησης……………………………………………….……… 9.5 Ηλεκτροµαγνητική δοσιµετρία για κυτταρικές κινητές επικοινωνίες…………………………. 9.6 Πειραµατική προσέγγιση…………………………………………………………………….… 50 50 54 56 58 62 10 Απαντήσεις σε συχνές απορίες………………...………………………………………. 65 Παράρτηµα…………………………………...…………………………………………..... 82 Βιβλιογραφία………………………………...………………………………...................... 88 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 8 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 1 1. Περιγραφή του προβλήµατος - Ιστορική αναδροµή Ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία ονοµάζεται το σύνολο των ακτινοβολιών που µεταφέρουν ενέργεια µε τη µορφή ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων, δηλαδή τοπικών και χρονικών µεταβολών του µαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου. Τα ηλεκτροµαγνητικά πεδία καλύπτουν ένα αχανές φάσµα συχνοτήτων, το οποίο διαιρείται σε ζώνες, ανάλογα µε τον τρόπο της παραγωγής ή της χρήσης τους. Αν και η περιοχή άνω των 300 GHz έχει µελετηθεί αρκετά (ακτίνες χ, ακτίνες γ), εντούτοις οι βιολογικές επιδράσεις των στατικών πεδίων και των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων µέχρι 300 GHz αγνοήθηκαν για πολλά χρόνια εντελώς, πράγµα ιδιαίτερα άσχηµο νοµίζουµε, αφού ο άνθρωπος δέχεται καθηµερινά τέτοιου είδους ακτινοβολία. Η ακτινοβολία αυτή λέγεται µη ιονίζουσα, αφού δεν είναι ικανή να ιονίσει άτοµα. Χαρακτηριστικές πηγές τέτοιας ακτινοβολίας είναι τα τηλεφωνικά καλώδια, τα σύρµατα µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, οι ποµποί ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σηµάτων, οι ποµποί ραντάρ, όλες οι ηλεκτρικές συσκευές του σπιτιού, οι φούρνοι µικροκυµάτων, οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές, οι ηλεκτρικές αντιστάσεις θέρµανσης, τα ηλεκτρονικά παιχνίδια, οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, οι ηλεκτρικές κουβέρτες κ.α. Την πεποίθηση ότι η ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία έχει βιολογικές επιδράσεις στον άνθρωπο τη συναντάµε στην προσπάθεια του Ιπποκράτη να θεραπεύσει όγκους στο στήθος µε έκθεση του ασθενούς στην Η/Μ ακτινοβολία (ηλιοθεραπεία).Το 18ο αιώνα ξεκινά µια συστηµατική προσπάθεια θεραπείας όγκων, ανευρυσµάτων και αιµορραγιών διοχετεύοντας ηλεκτρικό ρεύµα στους προσβεβληµένους ιστούς, ενώ το 19ο αιώνα οι προσπάθειες αυτές επεκτείνονται και είναι γνωστές οι θεραπείες του d' Arsonval, ο οποίος ξεπερνώντας το στάδιο της άµεσης ηλεκτρικής επαφής σε ιστούς, πρωτοπόρησε προχωρώντας σε πειράµατα αυτεπαγωγής τοποθετώντας τους ασθενείς στα περιβόητα πηνία ή κρεβάτιά του, που σώζονται στο µουσείο Welcome του Λονδίνου. Μεταξύ των ετών 1894-95, ο d’ Arsoval πραγµατοποίησε 2.500 τέτοιες θεραπείες των 20 λεπτών, µε ρεύµατα µέχρι και 450mA. Οι περισσότεροι τύποι υστεριών και νευραλγιών δεν παρουσίασαν βελτίωση. Αντίθετα η κατάσταση των ασθενών µε ρευµατικές παθήσεις και αρθριτικά βελτιώθηκε σηµαντικά. Πραγµατοποιήθηκαν και άλλα τέτοια πειράµατα µε υψίσυχνα ρεύµατα. Οι αναζητήσεις για ευεργετικές επιδράσεις των υψίσυχνων ρευµάτων συνεχίστηκαν ώσπου το 1926, η ιατρική άρχισε να χρησιµοποιεί τις ραδιοσυχνότητες στις εγχειρίσεις ευαίσθητων οργάνων όπως ο εγκέφαλος, το συκώτι, ο προστάτης, κ.ά. για την αντιµετώπιση των αιµορραγιών και τον έλεγχο βλαβερών πολλαπλασιασµών των κυττάρων. Όταν ανακαλύφθηκε το ραντάρ την εποχή του Β' Παγκοσµίου Πολέµου, το οποίο λειτουργεί στη µικροκυµατική περιοχή συχνοτήτων (GHz) και εκπέµπει ισχυρές κατευθυντικές δέσµες, δηµιουργήθηκαν οι πρώτες ανησυχίες για πιθανές ανεπιθύµητες επιδράσεις των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων στον άνθρωπο. Μετά το τέλος του πολέµου άρχισαν τα πρώτα πειράµατα σε κουνέλια, που όταν δέχθηκαν στα µάτια δέσµη µικροκυµάτων πυκνότητας ισχύος 3000 mW/cm2. Αρχές του 1950 τα Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 9 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών 100 mW/cm2 θεωρούνται γενικά καταστροφικά και προτείνεται ως όριο ασφαλείας τα 0,1 mW/cm2. Όµως, το 1955 θεσπίζονται στις ΗΠΑ ως όριο ασφαλείας τα 10mW/cm2, όριο που ασπάζονται 14 χώρες, µεταξύ των οποίων όλα τα µέλη του ΝΑΤΟ. Το 1960 έγινε γνωστό στις ΗΠΑ ότι το όριο ασφαλείας των Σοβιετικών ήταν 10 µW/cm2 δηλ. 1000 φορές µικρότερο από το ∆υτικό όριο! Ο λόγος ίσως να είναι ότι οι Σοβιετικοί µελετούσαν συστηµατικά τις βιολογικές επιδράσεις των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων ήδη από τη δεκαετία του 1930! Παράλληλα στις Η.Π.Α πληθαίνουν κάποιες µελέτες που συσχετίζουν την εµφάνιση ασθενειών µε την έκθεση σε Η/Μ πεδία χαµηλών συχνοτήτων. Σήµερα, οι εργασίες µε αυτό το θέµα βρίσκονται στην αιχµή της επιστηµονικής έρευνας. Αυτό γιατί από τη µία µεριά η ραγδαία πρόοδος της τεχνολογίας οδηγεί σε µεγαλύτερη χρήση τέτοιων πηγών ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας και από την άλλη οι κοινωνίες των ενηµερωµένων πολιτών επιτάσσουν την ορθολογική χρήση των επιστηµονικών επιτευγµάτων. Ο τεράστιος όγκος εργασιών που υπάρχει ήδη πάνω σ’αυτό το θέµα επιτρέπει την εξαγωγή των πρώτων συµπερασµάτων. Ωστόσο, θα χρειαστούν δεκαετίες ακόµα εντατικής έρευνας ώστε να αποκτηθεί επαρκής γνώση των συνεπειών της µη ιονίζουσας ακτινοβολίας, ανάλογη µε εκείνη της ιονίζουσας. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 10 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 2 2. Ηλεκτροµαγνητικό πεδίο και κύµα - Βασικές έννοιες και µεγέθη 2.1 ΟΡΙΣΜΟΙ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΜΕΓΕΘΩΝ Ηλεκτρικό πεδίο: Oνοµάζουµε τον χώρο µέσα στον οποίο ασκούνται δυνάµεις σε ηλεκτρικά φορτία. Μαγνητικό πεδίο: Είναι χώρος µέσα στον οποίο ασκούνται δυνάµεις σε ηλεκτρικά ρεύµατα. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου (Ε): Είναι το διανυσµατικό µέγεθος που αντιστοιχεί στη δύναµη που ασκείται σε ένα φορτισµένο σωµατίδιο, ανεξάρτητα από την κίνησή του στο χώρο. Εκφράζεται σε βολτ ανά µέτρο (V/m). (εκφράζει πόσο ισχυρό είναι το ηλεκτρικό πεδίο σε ένα συγκεκριµένο σηµείο του). Ένταση µαγνητικού πεδίου (Η): Είναι ένα διανυσµατικό µέγεθος (Η), το οποίο, σε συνδυασµό µε την πυκνότητα µαγνητικής ροής, ορίζει ένα µαγνητικό πεδίο σε κάθε σηµείο του χώρου. Εκφράζεται σε αµπέρ ανά µέτρο (Α/m). Τα πεδία αυτά, ανάλογα µε τις εντάσεις τους Ε ή H, χαρακτηρίζονται σαν στατικά (όταν οι εντάσεις τους είναι χρονικά σταθερές), µεταβαλλόµενα και εναλλασσόµενα (όταν οι εντάσεις αλλάζουν µέτρο και φορά -ή αλλιώς πολικότητα- σε σχέση µε τον χρόνο). Πυκνότητα µαγνητικής ροής (Β): Είναι ένα διανυσµατικό µέγεθος (Β), από το οποίο εξαρτάται η δύναµη που ασκείται σε κινούµενα φορτία· εκφράζεται σε τέσλα (Τ). Στον κενό χώρο και στα βιολογικά υλικά, µπορεί να γίνει µετατροπή της πυκνότητας µαγνητικής ροής σε ένταση του µαγνητικού πεδίου και αντίστροφα, βάσει του τύπου 1 Α m-1 =4π10-7 Τ. Στην βιβλιογραφία η πυκνότητα µαγνητικής ροής συναντάται και ως µαγνητική επαγωγή. Πυκνότητα ροής ισχύος (S):Πρόκειται για την ισχύ ακτινοβολίας που προσπίπτει κάθετα προς µια επιφάνεια, διαιρούµενη δια το εµβαδόν της επιφάνειας, εκφράζεται δε σε βατ ανά τετραγωνικό µέτρο (W/m2). Για επίπεδα κύµατα, η πυκνότητα ροής ισχύος S, η ενεργός τιµή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και η ενεργός τιµή της έντασης του µαγνητικού πεδίου Η συνδέονται µε την εµπέδηση του ελεύθερου χώρου (377Ω) µε την ακόλουθη σχέση: S=E2/377=377H2. Πυκνότητα ρεύµατος (J): Ορίζεται ως το ρεύµα που διέρχεται από µοναδιαία διατοµή τρισδιάστατου αγωγού, όπως το ανθρώπινο σώµα, κάθετα από τη διεύθυνσή του και εκφράζεται σε αµπέρ ανά τετραγωνικό µέτρο (Α/m2) Τα ηλεκτρικά φορτία όταν ταλαντώνονται παράγουν ηλεκτροµαγνητικά κύµατα, τα οποία είναι τοπικές και χρονικές µεταβολές του ηλεκτρικού και του µαγνητικού πεδίου. Τα παραγόµενα από τις συνήθεις ηλεκτρονικές διατάξεις ηλεκτροµαγνητικά κύµατα είναι αρµονικά, διαδίδονται δηλαδή κατά επίπεδα µέτωπα, πράγµα που σηµαίνει ότι οι εντάσεις Ε και H µεταβάλλονται τοπικά και χρονικά ακολουθώντας τον νόµο του ηµίτονου. Στα επίπεδα κύµατα, το ηλεκτρικό και το µαγνητικό πεδίο είναι κάθετα µεταξύ τους και παίρνουν συγχρόνως την µέγιστη ή την ελάχιστη τιµή τους (συµφασικά). Η απόσταση µέσα στην οποία τα Ε και H συµπληρώνουν µια πλήρη εναλλαγή λέγεται µήκος κύµατος (λ), ενώ ο αριθµός των πλήρων εναλλαγών στην µονάδα του χρόνου (1s) ονοµάζεται συχνότητα (ν), Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 11 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών του κύµατος. Η σχέση υ = λ. ν είναι η συνδετική σχέση µεταξύ των λ και ν, όπου υ είναι η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος και είναι ίση µε την ταχύτητα του φωτός, δηλαδή υ= 300.000km/s. Η συχνότητα παίζει µεγάλο ρόλο στις µετρήσεις της µη ιονίζουσας ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Σε συχνότητες 0-500 Ηz, τα Ε και H είναι ασύνδετα. Έτσι, είµαστε αναγκασµένοι σε τόσο χαµηλές συχνότητες να µετράµε την ένταση και των δυο πεδίων. Σε συχνότητες όµως πάνω από 3 ΜΗz (υψηλές συχνότητες), τα Ε και H συνδέονται µε απλές σχέσεις µεταξύ τους, όπως και µε την πυκνότητα ισχύος S (δηλαδή την ισχύ ανά µονάδα επιφάνειας). Έτσι, στις υψηλές συχνότητες αρκεί η µέτρηση ενός µόνο εκ των δυο για τον προσδιορισµό και του άλλου όπως επίσης για την πυκνότητα ισχύος. Έκθεση: Προκύπτει όπου ένα άτοµο υπόκειται σε ηλεκτρικά, µαγνητικά ή ηλεκτροµαγνητικά πεδία ή ρεύµατα επαφής διαφορετικά από αυτά που προέρχονται από φυσιολογικές διαδικασίες του σώµατος και άλλα φυσικά φαινόµενα. Πρότυπο Έκθεσης: Κανονισµοί, συστάσεις ή ένα πρότυπο που ασχολείται µε όρια επιτρεπόµενης έκθεσης, που εκδόθηκε από µία υπεύθυνη Αρχή. Μη ιονίζουσα ακτινοβολία: Οποιαδήποτε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία που είναι ανίκανη να αποσπάσει ηλεκτρόνια από άτοµα ή µόρια για να παράγει άµεσα ή έµµεσα ιόντα ή ιονισµένα µόρια. Περιοχή µακρινού πεδίου: Ονοµάζεται εκείνη η περιοχή του πεδίου µιας κεραίας όπου η γωνιακή πεδιακή κατανοµή είναι ουσιαστικά ανεξάρτητη από την απόσταση από την κεραία. Σ' αυτήν την περιοχή, το πεδίο έχει επικρατέστερο χαρακτήρα επίπεδου κύµατος, δηλαδή µε οµοιόµορφες τοπικές κατανοµές έντασης ηλεκτρικού και µαγνητικού πεδίου σε επίπεδα εγκάρσια της διεύθυνσης της διάδοσης. Περιοχή κοντινού πεδίου: Η περιοχή αυτή είναι γενικά κοντά σε µία κεραία, ή σε άλλη ακτινοβολούσα κατασκευή, όπου η γωνιακή πεδιακή κατανοµή εξαρτάται από την απόσταση από την κεραία. Σ' αυτήν την περιοχή, τα ηλεκτρικά και µαγνητικά πεδία δεν έχουν χαρακτήρα επίπεδου κύµατος. Η περιοχή κοντινού πεδίου διαιρείται περαιτέρω στην περιοχή αντιδραστικού κοντινού πεδίου, η οποία είναι κοντύτερα στην ακτινοβολούσα κατασκευή και η οποία περιέχει την περισσότερη ή σχεδόν όλη την αποθηκευµένη ενέργεια, και στην περιοχή ακτινοβολούµενου κοντινού πεδίου όπου το πεδίο ακτινοβολίας υπερισχύει του αντιδραστικού πεδίου, αλλά δεν έχει χαρακτήρα πραγµατικού επιπέδου κύµατος και είναι πολύπλοκο σε δοµή. Ειδική απορρόφηση ενέργειας (SA): Ορίζεται ως η ενέργεια που απορροφάται ανά µονάδα µάζας βιολογικού ιστού και εκφράζεται σε τζάουλ ανά χιλιόγραµµο (J/Kg). Ρυθµός ειδικής απορρόφησης (ενέργειας) (SAR): Ο SAR είναι η ισχύς που απορροφάται ανά χιλιόγραµµο µάζας (W/Kg). Για έκθεση όλου του σώµατος, ο SAR µπορεί να είναι µεσοτιµηµένος σε εντοπισµένες περιοχές του σώµατος, π.χ. το κεφάλι ή τα άκρα. Τα βασικά όρια για την έκθεση εκφράζονται συνήθως σε όρους SAR. Συντελεστής έκθεσης πολλαπλών πηγών (Σ.Ε.Π.Π.-SI): Χρησιµοποιείται στην περίπτωση που εξετάζεται η έκθεση σε πολλές διαφορετικές ηλεκτροµαγνητικές πηγές των οποίων οι συχνότητες είναι µεγαλύτερες από 1MHz. Ο Σ.Ε.Π.Π. ορίζεται ως το άθροισµα των λόγων της µετρούµενης πυκνότητας Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 12 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ροής ισχύος σε κάθε συχνότητα, προς την τιµή του επιπέδου αναφοράς για τη συχνότητα αυτή. Σ.Ε.Π.Π. µικρότερος της µονάδας δηλώνει συµµόρφωση µε τις οδηγίες έκθεσης. Συντελεστής έκθεσης µεµονωµένης πηγής (Σ.Ε.Μ.Π.): Ο Σ.Ε.Μ.Π. ορίζεται ως ο λόγος της µετρούµενης πυκνότητας ροής ισχύος σε µία συχνότητα, προς την τιµή του επιπέδου αναφοράς για τη συχνότητα αυτή. Σ.Ε.Μ.Π. µικρότερος της µονάδας δηλώνει συµµόρφωση µε τις οδηγίες έκθεσης σε αυτήν την συχνότητα. 2.2 ΜΟΝΑ∆ΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Στον παρακάτω πίνακα αναγράφονται τα µεγέθη που προαναφέρθηκαν, καθώς και οι µονάδες µέτρησής τους: ΦΥΣΙΚΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΟΝΑ∆Α ΜΕΤΡΗΣΗΣ Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου E Volts/meter (V/m) Ένταση Μαγνητικού Πεδίου H Tesla (T) ή Gauss (G) * Μήκος κύµατος λ Meter (m) Συχνότητα νήf Hertz (Hz) Ισχύς N Watt (W) Πυκνότητα ισχύος SήP Watt/(meter)2 (W/m2) Χρόνος t Second (s) * η σχέση µετατροπής Tesla σε Gauss είναι η εξής: 1T= 10000G Συχνά, ωστόσο, χρησιµοποιούνται τα πολλαπλάσια και τα υποπολλαπλάσια κάποιων µονάδων. Αυτό δηλώνεται µε το κατάλληλο πρόθεµα στη µονάδα µέτρησης. Θα χρησιµοποιήσουµε τα εξής προθέµατα: milli 10-3 π.χ. : 1mm=(1/1000)m micro 10-6 1µΑ=(1/1000000)A = 10-6A nano 10-9 1nT=(1/1000000000)T=10-9T pico 10-12 1ps=(1/1000000000000)s=10-12s Kilo 103 1KW=1000W Mega 106 1MHz=1000000Hz=106Hz Giga 109 1GHz=1000000000Hz=109Hz 2.3 ΦΥΣΙΚΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΗΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕ∆ΙΑ Τα φυσικά ηλεκτροµαγνητικά πεδία είναι πεδία τα οποία προέρχονται από την ίδια την φύση και τα Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 13 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών οποία δεν µπορούν να αποφευχθούν από τους ζωντανούς οργανισµούς. H φυσική ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία χωρίζεται σε στατική ή µη στατική. Για παράδειγµα, µεταξύ της ιονόσφαιρας και της γης υπάρχει φυσικό ηλεκτρικό στατικό πεδίο το οποίο κυµαίνεται, σε συνθήκες καλοκαιρίας, από 0,1 KV/m έως 0,5 KV/m, ενώ σε συνθήκες καταιγίδας το ίδιο πεδίο παίρνει τιµές από 3 KV/m - 20 KV/m. Αντίστοιχα, το γήινο µαγνητικό πεδίο εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και κυµαίνεται από 0,31 έως 0,62 Gauss. Κατά τις εκλάµψεις του ήλιου το µαγνητικό πεδίο της γης µπορεί να µεταβληθεί ως και 0.03 Gauss, οπότε έχουµε τις λεγόµενες µαγνητικές καταιγίδες. Εκτός από τα στατικά της πεδία, η γη δέχεται και την επίδραση ηλιακών ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. Πιο συγκεκριµένα, ο ήλιος κατά την διάρκεια των εκλάµψεών του (εντεκάχρονης περιοδικότητας) εκπέµπει ένα µεγάλο φάσµα συχνοτήτων, το οποίο περιλαµβάνει τα ραδιοκύµατα, το ορατό φως, το υπεριώδες και φτάνει µέχρι και την περιοχή των ακτινών Roentgen. Από πολύ παλιά, υπήρχε η υπόνοια ότι η φυσική ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία επηρεάζει την ψυχική διάθεση των ανθρώπων αλλά και την εξέλιξη ασθενειών. Την παραπάνω υπόνοια έρχεται τώρα να την επιβεβαιώσει η ίδια η επιστήµη µε την έρευνα της πάνω στις βιολογικές επιδράσεις κατά την περίοδο ηλιακών εκρήξεων. Έτσι, σε µια περίοδο ενός περίπου αιώνα, µελετήθηκαν τα κρούσµατα περιοδικού ή κυµατοειδούς πυρετού στο Ευρωπαϊκό τµήµα της Σ.Ένωσης, και τα κρούσµατα µηνιγγίτιδας στη Ν.Υόρκη. Από την µελέτη προέκυψε ότι ο αριθµός των κρουσµάτων µεγιστοποιείται στο µέγιστο της ηλιακής ακτινοβολίας (11ετούς περιοδικότητας), µε µεγαλύτερη έξαρση το 1910, όπου η ηλιακή δραστηριότητα παρέµεινε σε υψηλά επίπεδα για αρκετό καιρό. Τα ατµοσφαιρικά ηλεκτροµαγνητικά φαινόµενα παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, γιατί στην ίδια περιοχή συχνοτήτων εκπέµπει ηλεκτροµαγνητικά κύµατα και ο ίδιος µας ο εγκέφαλος. Μια βασική φασµατική ανάλυση του ανθρώπινου εγκεφαλογραφήµατος αναδεικνύει περιοχές συχνοτήτων των οποίων οι τιµές είναι κοντινές στις τιµές συχνοτήτων των ατµοσφαιρικών ηλεκτροµαγνητικών συµβάντων. Έτσι δικαιολογείται η ευαισθησία του εγκεφάλου στα συµβάντα αυτά. Αυτό έχει αποδειχθεί από πειράµατα µέτρησης της επίδρασης των ατµοσφαιρικών ηλεκτροµαγνητικών συµβάντων στον χρόνο αντίδρασης οδηγών αυτοκινήτων στα φωτεινά σήµατα της τροχαίας. Ο άνθρωπος, πέρα από την επιβάρυνση που δέχεται από τα φυσικά ηλεκτροµαγνητικά πεδία, έχει να αντιµετωπίσει και τα τεχνητά ηλεκτροµαγνητικά πεδία τα οποία έχει δηµιουργήσει ο ίδιος. Αυτά τα πεδία καλύπτουν ένα µεγάλο φάσµα συχνοτήτων. Το κυριότερο από τα τεχνητά πεδία που µας περιβάλλει είναι αυτό του δικτύου της ∆.Ε.Η. το οποίο είναι 50 Hz. Πέρα όµως από το πεδίο των 50 Hz, στο οικιακό περιβάλλον έχουν προστεθεί πεδία υψηλότερων συχνοτήτων της τάξης των MHz από τους υπολογιστές και τους φούρνους µικροκυµάτων. Άλλα πεδία στα οποία εκτιθέµεθα στην καθηµερινή µας ζωή είναι αυτά των ραδιοτηλεοπτικών σταθµών (300 KHz – 500 MHz), των σταθµών κινητής τηλεφωνίας (900 ΜΗz), και των σταθµών ραντάρ και δορυφορικών επικοινωνιών (της τάξεως των GHz). Στην εργασία αυτή θα µελετηθούν οι βιολογικές επιδράσεις αυτών των τεχνητών Η/Μ πεδίων στον ανθρώπινο οργανισµό. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 14 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 3 3. Οι βιολογικές επιδράσεις της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας Η έκθεση σε Η/Μ πεδία και ακτινοβολία έχει αυξηθεί ραγδαία τον τελευταίο αιώνα λόγω της τεχνολογικής και βιοµηχανικής εξέλιξης. Αυτό µπορεί να το διαπιστώσει κανείς παρατηρώντας την εισβολή της τεχνολογίας στην καθηµερινότητα, στην εργασία καθώς και στον τρόπο διασκέδασης του σύγχρονου ανθρώπου. Παρόλο που οι τεχνολογικές εφαρµογές της Η/Μ ακτινοβολίας προσφέρουν αδιαµφισβήτητα πολλά πλεονεκτήµατα και διευκολύνουν την καθηµερινότητά µας, ωστόσο θεωρείται ότι η συνεχής και παρατεταµένη έκθεση σε ηλεκτροµαγνητικά πεδία προκαλεί βλάβες στους έµβιους οργανισµούς. Συγκεκριµένα, η εξέλιξη και η ευρεία χρήση της κινητής τηλεφωνίας, την τελευταία δεκαετία, έχει θορυβήσει την κοινή γνώµη όσον αφορά στην πρόκληση πονοκεφάλων, στην απώλεια µνήµης αλλά και στην δηµιουργία εγκεφαλικών όγκων. Τα περισσότερα πειράµατα για να διαπιστωθεί η επικινδυνότητα της Η/Μ ακτινοβολίας πραγµατοποιούνται σε πειραµατόζωα και λιγότερα σε εθελοντές. Ωστόσο τα αποτελέσµατα και οι απόψεις των επιστηµόνων διχάζονται. 3.1 Ι∆ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Η φυσική ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία που εκπέµπεται από παλλόµενα ηλεκτρικά φορτία των ατόµων της ύλης, περιλαµβάνει συχνότητες µεγαλύτερες από 300 GHz, (που είναι το κάτω όριο της υπέρυθρης ακτινοβολίας, και δεν έχει κάποιο χαρακτηριστικό επίπεδο πόλωσης. Εκπέµπεται ασυνεχώς, µε τη µορφή ασυνεχών ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων - κυµατοπακέτων που ονοµάζονται φωτόνια. Η ενέργεια κάθε φωτονίου είναι ανάλογη της συχνότητάς του. Τα φωτόνια όλων των συχνοτήτων µεταδίδονται µε την ταχύτητα του φωτός. Η τεχνητή ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία, που παράγεται από παλλόµενα ηλεκτρικά δίπολα (κεραίες) ή κυκλώµατα µε µεταβαλλόµενα ηλεκτρικά πεδία εν γένει, έχει συχνότητες µικρότερες από 300 GHz, µπορεί να εκπέµπεται συνεχώς και είναι πολωµένη. Και στην περίπτωση αυτή έχουµε ηλεκτροµαγνητικά κύµατα που µεταδίδονται µε την ταχύτητα του φωτός. Κάθε χρονικά µεταβαλλόµενο ηλεκτρικό πεδίο δηµιουργεί ένα αντίστοιχο παλλόµενο µαγνητικό πεδίο και αντίστροφα. Τα παλλόµενα ηλεκτρικά και µαγνητικά πεδία µεταδίδονται στο χώρο µε την ταχύτητα του φωτός (Σχήµα3.1). Ο Hertz, µε τα πειράµατά του το 1888, προσδιόρισε το µέτρο της ταχύτητας αυτής, (c), που για το κενό ή τον αέρα, είναι περίπου 300.000 χιλιόµετρα το δευτερόλεπτο. Στις χαµηλές συχνότητες, που ο ρυθµός µεταβολής των πεδίων είναι µικρός, τα δύο πεδία θεωρούνται ασύζευκτα και οι εντάσεις τους µετρώνται ξεχωριστά. Για συχνότητες άνω των 100 ΜHz, τα δύο πεδία συνιστούν ένα ηλεκτροµαγνητικό κύµα, οπότε µετράµε ένταση κύµατος, (σε πυκνότητα Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 15 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ισχύος ανά επιφάνεια κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης, π.χ. σε mW/cm2). Στο ηλεκτροµαγνητικό κύµα το ηλεκτρικό και το µαγνητικό πεδίο είναι κάθετα µεταξύ τους και ταυτόχρονα κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης του κύµατος, σε κάθε χρονική στιγµή. Τέλος, τα δύο πεδία βρίσκονται σε φάση κάθε χρονική στιγµή, παίρνουν δηλαδή ταυτόχρονα τις µέγιστες και ελάχιστες τιµές τους (βλέπε σχήµα 3.1). Η πιο απλή µορφή ηλεκτροµαγνητικού κύµατος, είναι το επίπεδο αρµονικό ηλεκτροµαγνητικό κύµα, η µορφή του οποίου φαίνεται στο σχήµα 3.1. Σχήµα 3.1: Αρµονικό, Επίπεδο Ηλεκτροµαγνητικό Κύµα, µεταδιδόµενο κατά την κατεύθυνση του άξονα x, µε ταχύτητα c.Τα µαγνητικό πεδίο διαδίδεται κάθετα ως προς το ηλεκτρικό πεδίο. Το πεδίο µιας GSM κεραίας, (σταθµού βάσης ή κινητού τηλεφώνου), είναι παλµικό, (ασυνεχές), µε παλµούς, (“Frames”), διάρκειας 4.615 msec, που είναι χωρισµένοι σε 8 διαστήµατα, (“Time slots”), διάρκειας 0.577 msec το καθένα. Κάθε χρήστης καταλαµβάνει ένα τέτοιο διάστηµα. Το σύστηµα επικοινωνίας µε το συγκεκριµένο παλµικό πεδίο, ονοµάζεται TDMA (Time Division Multiple Access). Οι κεραίες βάσης εκπέµπουν φέρουσα συχνότητα 935-960 MHz (στην περίπτωση της PANAFON και της TELESTET). Το φέρον κύµα µέσα στους παλµούς είναι διαµορφωµένο κατά συχνότητα και συγκεκριµένα, ο χρησιµοποιούµενος τρόπος διαµόρφωσης συχνότητας ονοµάζεται Gaussian Minimum Shift Keying Modulation (GMSK). Η διεύθυνση εκποµπής είναι οριζόντια, η πόλωση σε κατακόρυφο επίπεδο και η µέγιστη ισχύς των κεραιών βάσης είναι συνήθως 50W (µε δυνατότητα µέχρι 500W). Τα κινητά τηλέφωνα εκπέµπουν φέρουσα συχνότητα 890-915 MHz (στην περίπτωση της PANAFON και της TELESTET), µε διαµόρφωση 0.3 GMSK και µέγιστη ισχύ εκποµπής 2 Watt. Όπως έχει αποδειχθεί, η ΗΜΑ διαδίδεται στον αέρα µε την ταχύτητα του φωτός και η έντασή της µειώνεται πολύ γρήγορα ανάλογα µε την απόσταση από την πηγή εκποµπής. Ο ανθρώπινος οργανισµός δεν αντιλαµβάνεται άµεσα όλες τις συχνότητες της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας επειδή δεν διαθέτει κατάλληλα αισθητήρια όπως π.χ. αντιλαµβάνεται το ορατό φως επειδή στον αµφιβληστροειδή χιτώνα του µατιού υπάρχουν ειδικά κύτταρα (που ονοµάζονται κωνία και ραβδία) τα οποία διεγείρονται µε την ορατή ακτινοβολία δίνοντας κατάλληλη πληροφορία στον εγκέφαλο ώστε να δηµιουργηθεί η αίσθηση της όρασης. Κάτι αντίστοιχο συµβαίνει µε ειδικά κύτταρα στο εσωτερικό του αυτιού ώστε να δηµιουργηθεί η αίσθηση της ακοής. Οι ραδιοσυχνότητες γίνονται αντιληπτές µόνο µε ειδικές ηλεκτρονικές διατάξεις (δέκτες) οι οποίες µπορούν και να µετρήσουν την ένταση της ακτινοβολίας αυτής ή ακόµα, εφ’ όσον η ραδιοσυχνότητα είναι κατάλληλα «διαµορφωµένη» και φέρει µαζί της πληροφορίες ήχου ή εικόνας θα µπορέσουν να αξιοποιηθούν (όπως πράγµατι γίνεται) για τη µετάδοση φωνής, µουσικής ή εικόνας ή και άλλων πληροφοριών (π.χ. δεδοµένων σε ψηφιακή µορφή). Στην κινητή τηλεφωνία λειτουργεί λίγο-πολύ η ίδια διαδικασία, δηλ. µια συσκευή (το κινητό τηλέφωνο) Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 16 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών λειτουργεί ως ποµπός ραδιοσυχνοτήτων φέροντας σε διαµόρφωση τη φωνή του χρήστη όταν φυσικά αυτός µιλάει. Παράλληλα όµως το κινητό τηλέφωνο λειτουργεί και ως δέκτης ραδιοσυχνοτήτων, ώστε να µπορεί να λαµβάνει την εκποµπή ραδιοσυχνοτήτων του ποµπού βάσης (η κεραία ενός ποµπού βάσης βρίσκεται συνήθως στην οροφή υψηλών κτιρίων, πολλές φορές και µέσα σε κατοικηµένες περιοχές ώστε να ικανοποιηθεί η αναγκαιότητα της κυψελοειδούς κάλυψης). 3.2 ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ∆ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ Όταν τα Η/Μ κύµατα συναντούν ένα εµπόδιο τότε µπορεί µέρος αυτών να ανακλαστεί, να διαθλαστεί, να διαδοθεί µέσω του αντικειµένου ή να απορροφηθεί από το αντικείµενο. Ποια από όλες αυτές τις διαδικασίες θα επικρατήσει και σε τι ποσοστό, εξαρτάται από τη συχνότητα του Η/M κύµατος, τη γωνία πρόπτωσης, από το πόσο καλός αγωγός του ηλεκτρισµού είναι το αντικείµενο και ακόµη από το σχήµα του αντικειµένου. Στο σώµα του ανθρώπου, που έχει µέτρια, αγωγιµότητα, µπορεί να συµβούν όλα τα παραπάνω. Όπως κάθε µορφή ενέργειας έτσι και η ενέργεια που µεταφέρεται από τα ραδιοκύµατα είναι δυνατόν να επιδρά σε βιολογικά συστήµατα, το τελικό δε αποτέλεσµα µπορεί να είναι επιβλαβές σε διάφορο βαθµό ή µπορεί ακόµη να είναι και ευεργετικό. Αυτό εξαρτάται από τις συνθήκες έκθεσης (συχνότητα, πυκνότητα ισχύος, είδος κυµατοµορφής, διάρκεια έκθεσης κλπ) καθώς επίσης και από ορισµένους βιολογικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Η δράση των Η/Μ κυµάτων µε το ανθρώπινο σώµα ή µε βιολογικά συστήµατα συντελείται µέσω κάποιων φυσικών µηχανισµών που ανάλογα µε την συχνότητα των κυµάτων είναι δυνατόν να προκαλέσουν διέγερση κυττάρων του νευρικού και µυϊκού ιστού ή να προκαλέσουν θέρµανση του σώµατος ή των οργάνων. Οι παραπάνω µηχανισµοί έχουν σχέση µε την επαγωγή ηλεκτρικών ρευµάτων στο σώµα του ατόµου που είναι εκτεθειµένο σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία και µε την απορρόφηση ενέργειας γενικότερα. 3.3 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΚΑΙ ΑΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΠΙ∆ΡΑΣΕΙΣ Θερµικές επιδράσεις Θερµικές ονοµάζονται εκείνες οι επιδράσεις της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας που οφείλονται σε µετρήσιµη αύξηση της θερµοκρασίας των ιστών που δέχονται ακτινοβολία. Οι βλάβες στον οργανισµό προξενούνται από τη θέρµανση των ακτινοβολούµενων ιστών και από την αδυναµία των θερµορυθµιστικών µηχανισµών των διαφόρων ιστών στην αντιµετώπιση της ακτινοβόλησης. Παρατηρήσιµη αύξηση της θερµοκρασίας προκαλείται από πυκνότητες ισχύος άνω του 1 mW/cm2. Οι θερµικές επιδράσεις είναι αυτές που -κατά κύριο λόγο- αποτελούν το αντικείµενο µελέτης στις δυτικές χώρες. Όπως έχει προαναφερθεί, το µέγεθος που χρησιµοποιείται για να εκφράσει την ένταση του ηλεκτροµαγνητικού πεδίου σε ένα σηµείο ή σε µια περιοχή είναι η πυκνότητα ισχύος η οποία εκφράζεται συνήθως σε mW/cm2. Η πυκνότητα ισχύος όµως, µας πληροφορεί έµµεσα µόνο για την Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 17 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ποσότητα ενέργειας που θα απορροφήσει το σώµα µας, όταν βρεθεί στο ακτινοβολούµενο σηµείο. Ουσιαστικά είναι ένα µέτρο των συνθηκών που επικρατούν σε ένα σηµείο, πριν βρεθούµε σ’ αυτό. Το σώµα µας, όµως, θα απορροφήσει ένα µέρος µόνο της ενέργειας αυτής και µάλιστα όχι απαραιτήτως οµοιόµορφα. Η µέση τιµή ενεργείας που απορροφάται από ολόκληρο το σώµα εκφράζεται από το δοσοµετρικό όρο Specific Absorption Rate (SAR) και σηµαίνει την ισχύ που απορροφάται ανά µονάδα βάρους του σώµατος (W/Kg). Ο SAR είναι ένα µέγεθος που εκτός από τη συχνότητα της ακτινοβολίας και την αγωγιµότητα των ιστών εξαρτάται και από άλλους παράγοντες όπως η “ένταση” του πεδίου, ο προσανατολισµός του ατόµου σε σχέση µε την κατεύθυνση του κύµατος, το µέγεθος του σώµατος κ.α. (συνθήκες έκθεσης). Λόγω της παρουσίας νερού και ιόντων, οι ιστοί απορροφούν ενέργεια. Όπως όλοι γνωρίζουµε, το ανθρώπινο σώµα αποτελείται από 70% νερό. Το µόριο του νερού (Η2Ο) αποτελεί ένα ηλεκτρικό δίπολο µε θετικό φορτίο µεταξύ των δύο ατόµων υδρογόνου και µε αρνητικό στην άλλη άκρη του όπου βρίσκεται το άτοµο του οξυγόνου. Έτσι λοιπόν όταν το σώµα µας βρεθεί µέσα σε ένα ηλεκτροµαγνητικό πεδίο τα µόρια του νερού, που είναι δίπολα, θα αρχίσουν να περιστρέφονται ή να πάλλονται στο ρυθµό συχνότητας του κύµατος. Όσο πιο µεγάλη είναι η ταχύτητα παλµού και όσο η διάρκεια του φαινοµένου είναι µεγαλύτερη τόσο µεγαλύτερα ποσά θερµότητας θα παραχθούν. Ο οργανισµός του ανθρώπου διαθέτει θερµορυθµιστικούς µηχανισµούς που κρατούν τη θερµοκρασία του σώµατος σταθερή µεταξύ 36 και 37 βαθµών Κελσίου. Όταν τα παραγόµενα ποσά θερµότητας είναι σχετικά µικρά, οι θερµορυθµιστικοί µηχανισµοί µπορούν να απάγουν αυτήν τη θερµότητα και να κρατούν σταθερή τη θερµοκρασία στους 36-370C. Αντίθετα, όταν τα ποσά θερµότητας υπερβούν κάποια τιµή, τότε οι µηχανισµοί αυτοί δεν µπορούν να λειτουργήσουν σωστά κάτι που οδηγεί στην αύξηση της θερµοκρασίας σε ιστούς ή όργανα του σώµατος άνω των 37 βαθµών. Επίσης είναι ευνόητο ότι αυτοί οι µηχανισµοί θα ανταποκριθούν αποτελεσµατικότερα υπό ευνοϊκές περιβαλλοντικές συνθήκες (όχι πολύ υψηλή θερµοκρασία και υγρασία, ελαφρά ενδυµασία κλπ.). Κάτω από τέτοιες συνθήκες ένα υγιές άτοµο εκτεθειµένο σε Η/Μ ακτινοβολία είναι σε θέση να αντιµετωπίσει απορροφηµένη ισχύ (SAR) µέχρι 4 W/Kg (κατά µέσο όρο σ’ όλο το σώµα) χωρίς να σηµειωθεί αύξηση της θερµοκρασίας του πάνω από ένα βαθµό. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 18 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Ενδεικτικά µόνο αναφέρεται ότι η τιµή SAR= 4 W/Kg µπορεί να προκύψει, υπό ορισµένες συνθήκες έκθεσης, από ένα πεδίο που έχει πυκνότητα ισχύος περίπου 10mW/cm2. Η απορρόφηση όµως, της Η/Μ ακτινοβολίας δε γίνεται οµοιόµορφα. Έτσι οι τιµές SAR µπορεί να έχουν µεγαλύτερη τιµή σε κάποιες περιοχές από ό,τι στο υπόλοιπο σώµα. Επίσης η αύξηση της θερµοκρασίας τοπικά, συγκριτικά µε άλλες περιοχές του σώµατος, είναι ανάλογη µε την ικανότητα ανταλλαγής θερµότητας. Αθερµικές επιδράσεις Οι αθερµικές επιδράσεις προκαλούνται από µικρές πυκνότητες ισχύος (της τάξης των λίγων µW/cm2), ώστε να µην παρατηρείται αύξηση της θερµοκρασίας των ιστών. Η δράση των Η/Μ κυµάτων µε το ανθρώπινο σώµα µπορεί να προκαλέσει τη διέγερση κυττάρων του µυϊκού και νευρικού ιστού, που ανταποκρίνονται σε ηλεκτρικά ερεθίσµατα. Αυτά προέρχονται από τα επαγόµενα στο σώµα ηλεκτρικά ρεύµατα. Οι επιδράσεις που χαρακτηρίζονται ως αθερµικές συµβαίνουν συνήθως για συχνότητες πεδίων κάτω των 10 MHz. Αθερµικές επιδράσεις µπορεί να έχουµε και σε υψηλότερες συχνότητες, εφόσον οι τιµές SAR είναι µικρότερες από τα όρια. Για να φτάσουµε στο κατώφλι διεγέρσεως των κυττάρων, απαιτούνται πολύ ισχυρά πεδία. Έχουν παρατηρηθεί όµως, ορισµένα πειραµατικά αποτελέσµατα, που προκύπτουν χωρίς την ύπαρξη σηµαντικών αλλαγών στη θερµοκρασία και για τις τιµές πεδίων κάτω από το κατώφλι διεγέρσεως. Τα αποτελέσµατα αυτά θα πρέπει να αποδοθούν σε µη θερµικούς µηχανισµούς σε µοριακό επίπεδο. Σύµφωνα µε τις µέχρι σήµερα επιστηµονικές γνώσεις δεν είναι σαφής ο τρόπος µε τον οποίο οι αθερµικές επιδράσεις αποτελούν κίνδυνο για την υγεία. Παρόλα αυτά όµως, έχει προταθεί και από την Ευρωπαϊκή Ένωση ότι πρέπει να γίνει έρευνα προς την κατεύθυνση αυτή, διότι µόνο µε βάση τα αποτελέσµατα που θα προκύψουν από την έρευνα αυτή µπορεί να θεσπιστούν όρια ασφαλείας για τις αθερµικές επιδράσεις. 3.4 ΜΕΘΟ∆ΟΙ ΜΕΛΕΤΗΣ Επιδηµιολογικές έρευνες Με την µέθοδο αυτή ερευνάται το ιατρικό ιστορικό ενός δείγµατος πληθυσµού (συνήθως χιλιάδων κατοίκων) που κατοικεί σε χώρους βεβαρηµένους ηλεκτροµαγνητικά (κοντά σε πυλώνες υψηλής τάσης δικτύων διανοµής ρεύµατος, εγκαταστάσεις κεραιών, κλπ.) και η συχνότητα των ασθενειών του δείγµατος αυτού συγκρίνεται µε εκείνη ενός άλλου ανάλογου δείγµατος πληθυσµού που κατοικεί σε χώρους ηλεκτροµαγνητικά καθαρούς. Υπάρχουν εκατοντάδες επιδηµιολογικές µελέτες παγκοσµίως των οποίων τα ευρήµατα συσχετίζουν την Η/Μ ακτινοβολία µε περιπτώσεις καρκίνων σε παιδιά, αποβολών σε εγκύους, λευχαιµιών κ.ά. ασθενειών σε εργαζόµενους σε επιβαρυµένους ηλεκτροµαγνητικά χώρους. Οι επιδηµιολογικές έρευνες παρουσιάζουν κάποια σοβαρά µειονεκτήµατα, καθώς: • Είναι εξαιρετικά δύσκολο να προσδιοριστεί επακριβώς η ακτινοβολία που δέχτηκε το δείγµα, ιδίως για µεγάλα χρονικά διαστήµατα. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 19 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής • Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Είναι πολύπλοκο να εξαιρεθούν άλλοι επιβαρυντικοί παράγοντες που προκαλούν την εκδήλωση ίδιων ασθενειών (π.χ. κάπνισµα, κληρονοµικότητα). Οι επιστήµονες για να υπερβούν αυτές τις δυσκολίες δέχονται τα αποτελέσµατα των επιδηµιολογικών ερευνών όταν εµφανίζουν µεγάλο παράγοντα κινδύνου (άνω του 10) στο επιβαρυµένο δείγµα έναντι του "καθαρού". Προς το παρόν οι επιδηµιολογικές έρευνες αναδεικνύουν µια σοβαρή ένδειξη περί επικινδυνότητας της Η/Μ ακτινοβολίας αλλά δεν αποτελούν απόδειξη. Μελέτες µε πειραµατόζωα Κατά τις µελέτες αυτές πειραµατόζωα, όπως κουνέλια, ποντικοί, γάτες, κλπ. εκτίθενται σε ηλεκτροµαγνητικά πεδία και τα αποτελέσµατα της ακτινοβόλησης ανιχνεύονται µε κλινικές εξετάσεις ή νεκροτοµή και ιστολογική εξέταση στο εργαστήριο, σε σύγκριση πάντα µε µη εκτιθέµενα πειραµατόζωα. Πειράµατα σε έντοµα: Επίδραση της ακτινοβολίας που εκπέµπεται από GSM κινητά τηλέφωνα στην αναπαραγωγική ικανότητα του εντόµου Drosophila Melanogaster Στο Εργαστήριο του Τοµέα Βιολογίας Κυττάρου και Βιοφυσικής του Πανεπιστηµίου Αθηνών πραγµατοποιήθηκαν πειράµατα ακτινοβόλησης εντόµων Drosophila melanogaster σε ηλεκτροµαγνητικό πεδίο ενός κινητού τηλεφώνου GSM συχνότητας 890-915 MHz. Η ένταση του πεδίου (πυκνότητα ισχύος) ήταν παρόµοια µε αυτή που υφίσταται ο χρήστης, και συγκεκριµένα στην περιοχή της κεφαλής που γειτνιάζει µε την κεραία (βλέπε σχήµα 4). Σε γενικές γραµµές, τα αποτελέσµατα αυτών των πειραµάτων υποδεικνύουν ότι η επίδραση του ηλεκτροµαγνητικού πεδίου έχει ως συνέπεια τη σηµαντική µείωση της αναπαραγωγικής ικανότητας του εντόµου. Αναλυτικότερα, η πειραµατική διαδικασία είχε ως εξής: Χρησιµοποιήθηκαν «νεογέννητα» έντοµα (δηλαδή αµέσως µετά το στάδιο της µεταµόρφωσης από νύµφη σε τέλειο έντοµο) τα οποία διαχωρίστηκαν σε αρσενικά και θηλυκά και παρέµειναν σε ξεχωριστά, για κάθε φύλο, δοχεία (σωλήνες) καλλιέργειας για δύο 24ωρα. Ο χρόνος αυτός απαιτείται για την αναπαραγωγική τους ωρίµανση. Στη συνέχεια τοποθετήθηκαν σε δοχεία καλλιέργειας 10 θηλυκά και 10 αρσενικά έντοµα και αφέθηκαν για ζευγάρωµα και εναπόθεση αυγών στο θρεπτικό υλικό, για τα τρία επόµενα 24ωρα. Ο χρόνος αυτός συµπίπτει µε την περίοδο της µέγιστης ωοτοκίας του εντόµου. Σχήµα 3.2. Η διάταξη της ακτινοβόλησης ενός δοχείου καλλιέργειας εντόµων Drosophila: Αριστερά από το δοχείο διακρίνεται η κεραία του κινητού τηλεφώνου. Γενικά, τα πειράµατα ακτινοβόλησης πραγµατοποιήθηκαν µε έκθεση καθενός από µια οµάδα δοχείων καλλιέργειας στο πεδίο ενός κινητού τηλεφώνου, επί 6 min σε µία δόση ανά 24ωρο και για τα Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 20 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών πέντε συνολικά 24ωρα που αναφέρθηκαν πιο πάνω (η διάρκεια των 6 min ηµερήσιας έκθεσης επιλέχθηκε ώστε το χρονικό αυτό διάστηµα να συµπίπτει µε εκείνο στο οποίο αναφέρονται τα όρια ασφαλείας που έχουν θεσπισθεί. Κατά την ακτινοβόληση, η κεραία του κινητού τηλεφώνου ερχόταν σε επαφή (εξωτερικά) µε το σωλήνα καλλιέργειας (Σχήµα 3.2). Σε κάθε πείραµα, ένας αριθµός δοχείων καλλιέργειας κάτω από τις ίδιες συνθήκες δεν υφίστατο την επίδραση του πεδίου και αποτελούσε την εκάστοτε οµάδα αναφοράς (control ή «µάρτυρας»). Πραγµατοποιήθηκαν τρεις σειρές πειραµάτων. Στην πρώτη, το κινητό τηλέφωνο βρισκόταν σε κατάσταση «διαµορφωµένης εκποµπής» (οµιλία από το χρήστη), στη δεύτερη, σε κατάσταση «µη διαµορφωµένης εκποµπής» (ακρόαση), και τέλος, στην τρίτη σειρά πειραµάτων, το κινητό τηλέφωνο ήταν κλειστό. Σε κάθε µια από τις τρεις περιπτώσεις, η ένταση του ηλεκτροµαγνητικού πεδίου, σε mW/cm2, προσδιορίστηκε µε κατάλληλο πεδιόµετρο, ο ανιχνευτής του οποίου (probe) τοποθετούνταν στο εσωτερικό ενός δοχείου καλλιέργειας χωρίς έντοµα. Στην πρώτη σειρά πειραµάτων η πυκνότητα ισχύος προσδιορίστηκε ίση µε 0.668 mW/cm2, στη δεύτερη 0.0318 mW/cm2, ενώ στην τρίτη, (µη ακτινοβοληµένα έντοµα) η πυκνότητα ισχύος ήταν 0,000 mW/cm2. Κατά συνέπεια, η πυκνότητα ισχύος ήταν της ίδιας τάξης µεγέθους µε αυτήν που διαπιστώνεται σε απόσταση περίπου 1 cm από την κεραία ενός κινητού τηλεφώνου στις αντίστοιχες περιπτώσεις που ο χρήστης οµιλεί ή µόνον ακούει Μετά το πέρας του πέµπτου 24ωρου και την αποµάκρυνση των εντόµων από τους σωλήνες καλλιέργειας (στη φάση αυτή περιέχουν αυγά εναποθετηµένα στο θρεπτικό υλικό) ακολουθούσε η διατήρησή τους, χωρίς ακτινοβόληση, για άλλα έξι 24ωρα. Σε αυτό το χρονικό διάστηµα, τα αυγά εκκολάπτονται και αφού περάσουν από το στάδιο της προνύµφης, καταλήγουν στο στάδιο της νύµφης (χρυσαλίδας, pupa). Με δεδοµένο ότι ο αριθµός των απογόνων αποτελεί µέτρο της αναπαραγωγικής ικανότητας, πραγµατοποιήθηκε καταµέτρηση του αριθµού των χρυσαλίδων που υπήρχαν σε κάθε σωλήνα. Συνοπτικά, τα αποτελέσµατα της πρώτης σειράς πειραµάτων (πυκνότητα ισχύος 0.668 mW/cm2, 6 min έκθεσης ανά 24ωρο, και για πέντε µόνο 24-ωρα), κατέδειξαν ελάττωση της αναπαραγωγικής ικανότητας κατά 50%-60% (σε σχέση µε τα µη ακτινοβοληµένα έντοµα), ενώ η ελάττωση που διαπιστώθηκε στη δεύτερη σειρά πειραµάτων (πυκνότητα ισχύος 0.0318 mW/cm2) ήταν της τάξης του 15%-20%. Πρέπει να σηµειωθεί ότι η µέση τιµή της πυκνότητας ισχύος κατά την πρώτη σειρά πειραµάτων (0.668 mW/cm2), είναι µεγαλύτερη του «ορίου ασφαλείας» που έχει καθορίσει η IRPA για τον γενικό πληθυσµό των ανθρώπων (0.45 mW/cm2, µέση τιµή για 6 min έκθεσης ανά 24ωρο), αλλά βρίσκεται εντός του «ορίου ασφαλείας» που ισχύει για επαγγελµατικά απασχολούµενα άτοµα (2.25 mW/cm2, µέση τιµή για 6 min έκθεσης ανά 24ωρο). Τα πιο πάνω αποτελέσµατα είναι απολύτως επαναλήψιµα και έχουν επιβεβαιωθεί µε στατιστική ανάλυση σε αλλεπάλληλες σειρές πειραµάτων. Από βιολογική άποψη εκτιµάται ότι η επίδραση της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας επηρεάζει τη διαδικασία της ωογένεσης στις ωοθήκες των θηλυκών εντόµων. Αν και δεν είναι δυνατή η επέκταση των αποτελεσµάτων αυτών στον ανθρώπινο οργανισµό, εν τούτοις σε συνδυασµό µε τα µέχρι σήµερα δεδοµένα και από άλλες µελέτες σε διαφορετικά πειραµατόζωα (βλέπε Βιβλιογραφία) µπορούµε να ισχυριστούµε ότι η ακτινοβολία, που εκπέµπεται από κινητά τηλέφωνα GSM στη συγκεκριµένη συχνότητα των 900 MHz και κατά τη διάρκεια που ο Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 21 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών χρήστης οµιλεί («διαµορφωµένη εκποµπή»), µπορεί να επιφέρει σηµαντικές αλλοιώσεις στη φυσιολογική λειτουργία των ζωντανών οργανισµών. Με άλλα λόγια, τίθενται ενδεχοµένως υπό αµφισβήτηση τα υπάρχοντα διεθνή “όρια ασφαλείας” για την ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία των 900 MHz. Μελέτη των αιφνίδιων θανάτων βρεφών Για την εξήγηση του φαινοµένου αιφνίδιων θανάτων βρεφών (σύνδροµο βρεφικής κλίνης), ο Gadson, εξέτασε τους εγκεφάλους από νεκρά βρέφη και διαπίστωσε αλλοιώσεις όµοιες µε εκείνες που υφίστανται πειραµατόζωα που εκτίθενται στα πεδία γραµµών µεταφοράς υψηλής τάσης. Συγχρόνως, επιδηµιολογικές µελέτες έδειξαν πως τέτοιοι θάνατοι βρεφών συµβαίνουν συνήθως σε κατοικίες κοντά σε ηλεκτρικούς σιδηροδρόµους, ενώ βρέθηκε τελικά πως σε όλες τις περιπτώσεις τέτοιων θανάτων, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ήταν πάνω από 4 φορές µεγαλύτερη από τον µέσο όρο της τιµής του ηλεκτρικού πεδίου στις κατοικίες, που είναι περίπου 10V/m. Μελέτες µε καλλιέργειες κυττάρων Συµπεράσµατα για τις βιολογικές επιδράσεις της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας µπορούν να συναχθούν και από την ακτινοβόληση επιλεγµένων ιστών, ή καλλιεργειών κυττάρων, στο εργαστήριο. 3.5 ΟΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙ∆ΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ Η/Μ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Λόγω έλλειψης ικανού αριθµού αλλά και οµοιοµορφίας στην οργάνωση των υφιστάµενων επιδηµιολογικών ερευνών, οι απόψεις όσον αφορά τις βιολογικές επιδράσεις της Η/Μ ακτινοβολίας στον άνθρωπο διίσταται. Φυσικά είναι κατανοητό ότι άµεσα πειράµατα επί ανθρώπινων πληθυσµών είναι ηθικώς απαράδεκτα, όµως υπάρχει πλήθος βιβλιογραφικών αναφορών για τέτοια πειράµατα σε πειραµατόζωα. Παρόλο που η άµεση γενίκευση των παρατηρήσεων αυτών στον άνθρωπο δεν είναι επιτρεπτή λόγω των ανατοµικών, φυσιολογικών και άλλων διαφορών που υπάρχουν, θεωρούµε χρήσιµη την αναφορά των σπουδαιότερων από αυτών. Επιδράσεις στους οφθαλµούς Συνήθως η έρευνα για καταρακτογένεση αφορά απλές ή πολλαπλές οξείες εκθέσεις σε Η/Μ ακτινοβολίες µε πυκνότητα ισχύος 80-500mW/cm2. Έχει παρατηρηθεί θόλωση του φακού του µατιού σε πειραµατόζωα που ακτινοβολήθηκαν τοπικά µε συχνότητες ισχύος πάνω από 100mW/cm2. Μικρότερες τιµές της πυκνότητας ακτινοβολίας δεν προκαλούν οποιοδήποτε φαινόµενο στους οφθαλµούς. Πρέπει να σηµειωθεί ότι η έκθεση ολόκληρου του σώµατος σε παρόµοιες τιµές πυκνότητας ισχύος θα ήταν θανατηφόρα. Έχουν αναφερθεί επίσης οφθαλµικές µεταβολές οφειλόµενες στην Η/Μ ακτινοβολία για χαµηλές πυκνότητες ισχύος, 7-13mW/cm2 στα 2.45GHz, πάντα σε πειραµατόζωα, για περιόδους 8 ωρών ανά ηµέρα, 5 ηµέρες ανά εβδοµάδα και για 7-18 εβδοµάδες. Ακουστικό φαινόµενο Άνθρωποι εκτιθέµενοι σε οξείς µικροκυµατικούς παλµούς αναφέρουν ότι ακούν υπόκωφο ήχο µε συχνότητα ίση προς την συχνότητα επανάληψης των παλµών. Το φαινόµενο έχει εξηγηθεί µε τη Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 22 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών δηµιουργία ακουστικών κυµάτων λόγω θερµοελαστικής διαστολής της εγκεφαλικής ουσίας υπό την έκθεση σε παλµική µικροκυµατικη ακτινοβολία. Το παραπάνω φαινόµενο είναι αντιπροσωπευτικό των µικροκυµατικών επιδράσεων χαµηλής ισχύος και θεωρείται περισσότερο ως φαινόµενο παρά ως κίνδυνος για την υγεία. Εκροή ασβεστίου Αυξηµένη εκροή ιόντων ασβεστίου 45Ca2+ έχει παρατηρηθεί σε αποµονωµένους εγκεφαλικούς αλλά και καρδιακούς ιστούς πειραµατόζωων που εκτέθηκαν σε ηµιτονοειδώς διαµορφωµένα Η/Μ πεδία. Τα ιόντα του ασβεστίου είναι εξαιρετικής σηµασίας για την µεταφορική σύζευξη (transduktive coupling) µιας µεγάλης γκάµας ανοσολογικών, ενδοκρινολογικών και νευρολογικών φαινοµένων στην εξωτερική επιφάνεια της µεµβράνης των κυττάρων. Το φαινόµενο εξαρτάται ισχυρά από την συχνότητα διαµόρφωσης και την πυκνότητα ισχύος της χρησιµοποιούµενης Η/Μ ακτινοβολίας.Το φαινόµενο της εκροής ιόντων ασβεστίου από τους ιστούς είναι από τις σηµαντικότερες βιολογικές επιδράσεις των ραδιοκυµάτων λόγω των χαµηλών τιµών πυκνοτήτων ισχύος που απαιτούνται και αξίζει περαιτέρω µελέτης ιδιαίτερα στις περιοχές των ιδιοσυχνοτήτων των κρανιακών κοιλοτήτων, όπου η παρεχόµενη ενέργεια στα κύτταρα (κυρίως του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος) είναι αυξηµένη. Φαινόµενα συνεργίας µε φάρµακα Αν και οι έρευνες στον τοµέα αυτό είναι µάλλον ανεπαρκείς, έχει αναφερθεί συνεργιστική δράση παλµικής µικροκυµατικής ακτινοβολίας µε ψυχοφάρµακα (π.χ αµφεταµίνες) σε ποντικούς. Πιο συγκεκριµένα παρατηρήθηκε διαφορά στην αντίδραση στην ίδια δόση του φαρµάκου όταν τα πειραµατόζωα ακτινοβολούνταν µε 1mW/cm2. Το φαινόµενο απαιτείται να εξεταστεί περαιτέρω. Επιδράσεις στη συµπεριφορά Η αλλαγή συµπεριφοράς πειραµατόζωων που εκτέθηκαν σε Η/Μ ακτινοβολία βρέθηκε να είναι το φαινόµενο που παρουσιάζεται στις χαµηλότερες τιµές κατωφλίων από όλες τις υπόλοιπες βιολογικές επιδράσεις των ραδιοκυµάτων. Τα όρια αυτά βρέθηκαν σε γενικές γραµµές να έχουν τιµές 4-8W/kg ανεξάρτητα από τη συχνότητα τη διαµόρφωση, την µέση ισχύ ή τον τρόπο που γινόταν η έκθεση. Οι αλλαγές συµπεριφοράς περιελάµβαναν αλλαγές στην ποσότητα προσλαµβανοµένης τροφής αλλά και του παραγόµενου έργου από τα πειραµατόζωα σε ειδικούς τροχούς µέσα στα κλουβιά. Γενετικές και αναπτυξιακές ανωµαλίες ∆εν είναι ξεκάθαρο αν δηµιουργούνται τέτοιες ανωµαλίες για SAR 1W/kg. Για παράδειγµα όµως πρέπει να αναφερθεί ότι έχει παρατηρηθεί 10% αλλαγή στον ρυθµό ανάπτυξης κάποιων ποικιλιών δηµητριακών που εκτίθονταν σε ακτινοβολία 41.65-41.825 GHz χωρίς να δίνεται αντίστοιχη τιµή του SAR. Κάποιες δηµοσιεύσεις αναφέρονται σε επιδράσεις στην ενδοµήτρια ανάπτυξη των εµβρύων αλλά και στην µετά τον τοκετό ανάπτυξη των παιδιών των οποίων οι µητέρες εκτέθηκαν σε υψηλές τιµές Η/Μ ακτινοβολίας. Οι επιδράσεις αυτές εξηγήθηκαν ως οφειλόµενες στην τοπική άνοδο της θερµοκρασίας του σώµατος της µητέρας ως αποτέλεσµα της απορρόφησης Η/Μ ενέργειας και υπέρβασης των ορίων για τις µέγιστες επιτρεπτές τιµές του SAR. Τέλος, µε τον ίδιο τρόπο, δηλ. υπερβολική τοπική θέρµανση, εξηγήθηκαν και οι δυσλειτουργίες που παρατηρήθηκαν στους όρχεις. Βιολογικές αλληλεπιδράσεις υπό χρόνια Η/Μ έκθεση Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 23 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Επίσης και στην περίπτωση αυτή είναι ανεπαρκής η έρευνα λόγω κόστους αλλά και λόγω δυσκολίας στην αδιαµφισβήτητη εκλογή των σωστών παραµέτρων για χρόνια έκθεση. Παρόλα αυτά τα αποτελέσµατα των έως τώρα µελετών και πειραµάτων συµφωνούν στη διατύπωση ότι δεν υπάρχουν αξιοσηµείωτες στατιστικές µεταβολές από τις µέσες τιµές στην πρόσληψη τροφής και νερού ή την κινητικότητα των πειραµατόζωων, δεν µεταβλήθηκαν συνολικά τα αιµατολογικά χαρακτηριστικά τους και ούτε βρέθηκαν υπό κατάσταση στρες. Αλλαγή στην συµπεριφορά παρουσιαζόταν µόνο αµέσως µετά την παύση της έκθεσης στην ακτινοβολία και αυτό ερµηνεύτηκε ως προσπάθεια αντιµετώπισης της διαφοράς στο θερµικό φορτίο. Πειράµατα εξοµοίωσης του ανθρώπινου οργανισµού Έχουν γίνει προσπάθειες από ερευνητές να γίνουν θεωρητικοί υπολογισµοί του SAR χρησιµοποιώντας απλά θεωρητικά µοντέλα που εξοµοιώνουν είτε το ανθρώπινο κεφάλι είτε ολόκληρο το σώµα. Στα στατιστικά ηλεκτροµαγνητικά µοντέλα τα οποία αναπτύχθηκαν, ευρέθηκε η κατανοµή του SAR σε συγκεκριµένα σηµεία του σώµατος (π.χ κεφάλι) και το αποτέλεσµα των αναλύσεων αυτών έδειξε ότι η προβλεπόµενη τιµή του SAR υπερβαίνει την µέση επιτρεπτή τιµή του όλου σώµατος. Αλληλεπιδράσεις της Η/Μ ακτινοβολίας έχουν επίσης αναφερθεί στο ανοσοποιητικό σύστηµα, στο νευρικό, στον αιµατοεγκεφαλικό φραγµό και το αιµατοποιητικό σύστηµα. Σε κάθε περίπτωση όµως οι αλληλεπιδράσεις µε τους βιολογικούς οργανισµούς παρατηρούνται για εντάσεις πεδίου που προκαλούν τιµές του SAR πολύ υψηλότερες από αυτές που έχουν τεθεί ως όρια ασφαλείας. 3.6 ΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙ∆ΡΑΣΕΩΝ Είναι σήµερα γενικά αποδεκτό ότι, ο συντονισµός της λειτουργίας του τεράστιου αριθµού κυττάρων τα οποία αποτελούν έναν οποιοδήποτε ζωντανό οργανισµό, επιτυγχάνεται µε την παραγωγή, από τα ίδια τα κύτταρα, ενός συστήµατος ηλεκτροµαγνητικών σηµάτων που στηρίζουν το σύστηµα ενδοεπικοινωνίας τους. Οι ζωντανοί ιστοί εκπέµπουν σύµφωνη ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία (δηλαδή φωτόνια της ίδιας φάσης), όπως εκείνη των λέιζερ. Τα κύτταρα, πριν το θάνατό τους, εκπέµπουν ένα κύκνειο άσµα µε την µορφή ενός ηλεκτροµαγνητικού παλµού ενηµερώνοντας, ίσως, το νευρικό σύστηµα, ή τα γειτονικά κύτταρα, ώστε να αποβληθούν και να αντικατασταθούν. Σύµφωνα µε την παλαιότερη αντίληψη, η λειτουργία του νευρικού συστήµατος στηρίζεται σε ηλεκτρονικούς παλµούς που µεταδίδονται µεταξύ των νευρικών κυττάρων, στηρίζοντας ένα σύστηµα σαν εκείνο του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Οι παλµοί των νευρικών κυττάρων είναι ισχυρότατοι, της τάξης των 1,5 MV/m. Η διαφορά δυναµικού V, εξάλλου, ανάµεσα στο εξωτερικό ηλεκτροθετικότερο τµήµα της κυτταρικής µεµβράνης και στο εσωτερικό ηλεκτραρνητικότερο τµήµα, ενώ είναι µικρή, περίπου 100 mV, αντιστοιχεί εντούτοις σε µια τεράστια ένταση ηλεκτρικού πεδίου, Ε, της τάξης των 50 MV/m, επειδή το πάχος 1 της κυτταρικής µεµβράνης είναι µόνον 5 nm (σύµφωνα µε τη σχέση E=V/1). Συµπερασµατικά, τα εσωτερικά πεδία του οργανισµού είναι τόσο ισχυρά, που θα έπρεπε να αποτελούν επαρκή ασπίδα των κυττάρων απέναντι στα εξωτερικά ηλεκτροµαγνητικά πεδία. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 24 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Σύµφωνα µε τις σύγχρονες αντιλήψεις, ο εγκέφαλος λειτουργεί όχι όπως ένας ψηφιακός (δυαδικός) ηλεκτρονικός υπολογιστής αλλά σαν ένας εξαιρετικά σύνθετος, µη γραµµικός ταλαντωτής, που παράγει τα δικά του ηλεκτροµαγνητικά κύµατα χαµηλής συχνότητας (όπως εκείνα ανιχνεύονται στα εγκεφαλογραφήµατα) και τα χρησιµοποιεί για να ολοκληρώσει τις λειτουργίες του και να επεξεργαστεί σήµατα από τους αισθητήρες του (αισθήσεις). Έτσι, σήµατα εισόδου από τους αισθητήρες µετατρέπονται σε χωροχρονικές κυµατοµορφές συχνοτήτων χαρακτηριστικών του εγκεφάλου και στη συνέχεια αποθηκεύονται στα εγκεφαλικά κύτταρα. Όταν νέα σήµατα εισέρχονται, διεγείρουν τα εγκεφαλικά κύτταρα και, µέσα από φαινόµενα συντονισµού µε τις ιδιοσυχνότητες του εγκεφάλου, αναδεικνύουν τις αποθηκευµένες κυµατοµορφές και συντελούν στην απόκτηση συνειδητής εµπειρίας. Το µη γραµµικό στοιχείο δεν µπορεί να είναι άλλο από την κυτταρική µεµβράνη, που θα µπορούσε να συµπεριφέρεται σαν µια κρυσταλλοδίοδος, µετατρέποντας εναλλασσόµενα πεδία (ac) σε συνεχή (dc) ή ενισχύοντάς τα, όπως γίνεται µε τους κοινούς ενισχυτές του εµπορίου. Έχει αποδειχθεί ότι το σύνολο των κυτταρικών µεµβρανών του εγκεφάλου µπορεί να θεωρηθεί ως µια µεγάλη µεµβράνη-σύστηµα ηλεκτρονικών δίπολων, που επηρεάζεται από την απουσία ή παρουσία ιόντων ασβεστίου. Η ισχυρή αυτή αλληλεπίδραση δίπολων και ιόντων αποτελεί το έναυσµα µη γραµµικών ταλαντώσεων µε συντονισµούς στην περιοχή των συχνοτήτων ELF (0-300Hz), οπότε η µεγαλοµεµβράνη λειτουργεί σαν ένας ενισχυτής ικανός να ενισχύσει οποιοδήποτε εξωτερικό πεδίο, που η συχνότητά του (ή κάποια αρµονική του) εµπίπτει στην περιοχή των ιδιοταλαντώσεών της. Για να τονιστεί η σηµασία του φαινοµένου, πρέπει να σηµειωθεί ότι τα µεγαλοµόρια του κυτταροπλάσµατος συγκρατούνται στις θέσεις τους µε τη βοήθεια ενός πλέγµατος πολυµερών αλυσίδων-νηµατίων, που η στερεότητά του εξασφαλίζεται από µόρια ασβεστίου. Το ασβεστούχο αυτό πλέγµα απουσιάζει από τα καρκινικά κύτταρα. Με την ακτινοβόληση, το πλέγµα αυτό καταρρέει και το πλεονάζον ασβέστιο αποβάλλεται από τα κύτταρα, προδιαθέτοντάς τα, ίσως, στην νεοπλασία. 3.7 ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ∆ΡΑΣΗ ΚΑΙ ΕΠΙΚΙΝ∆ΥΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕ∆ΙΩΝ ΣΕ ΕΠΙΠΕ∆Ο ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΚΑΙ ΙΣΤΩΝ Η παρακάτω µελέτη παρουσιάζει την επίδραση της Η/Μ ακτινοβολίας σε επίπεδο κυττάρων και ιστών. Συγκεκριµένα, µελετώνται τα αποτελέσµατα ευρέως φάσµατος συχνοτήτων σε διαφορετικού σχήµατος κυτταρικά µοντέλα και ιστούς. Απώτερος στόχος είναι η διεξαγωγή συµπερασµάτων που αφορούν την βιολογική δράση της Η/Μ ακτινοβολίας και κατά συνέπεια την επικινδυνότητά της στα κύτταρα και στους ιστούς ανθρώπων και ζώων. To σφαιρικό κυτταρικό µοντέλο Η θεώρηση του κυττάρου ως µία οµογενής αγώγιµη σφαίρα είναι ένα πρόβληµα που έχει λυθεί αναλυτικά [1] και παρουσιάζεται συνοπτικά παρακάτω. Έστω σφαίρα ακτίνας α µε διαπερατότητες ε1, µ1 εµβαπτισµένη σε οµοιογενές µέσο µε ε2, µ2. Προφανώς το µοντέλο αυτό είναι απλουστευτικό,καθώς θεωρεί ότι η κυτταρική µεµβράνη και το κυτταρόπλασµα έχουν κοινή σύσταση και ηλεκτρικές Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 25 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ιδιότητες. Το προσπίπτον κύµα µε χρήση του σφαιρικού συστήµατος συντεταγµένων µπορεί να γραφεί ως: ∞ Ei = E0e − iωt ∑ i n n =1 Hi = − 2n + 1 (m0(1ln) − ine(1ln) ) n(n + 1) ∞ k2 E0 e − i ωt ∑ i n µ2ω n =1 2n + 1 (me(1ln) + in0(1ln) ) n(n + 1) όπου ∂Pnl 1 l ˆ sin φϕˆ (1) =+ jn (k2 R ) Pn (cosθ ) cos φϑ − jn (k 2 R ) sin θ ∂θ (1) 0 ln m me(1ln) = − n0(1ln) = 1 ∂P l jn (k 2 R) Pnl (cos θ ) sin φϑˆ − jn (k2 R) n cos φϕˆ sin θ ∂θ 1 ∂P l n ( n + 1) [ k 2 Rj n ( k 2 R )]′ n sin φϑˆ + jn ( k 2 R ) Pnl (cos θ ) sin φrˆ + ∂θ k2 R k2 R (1) 1 + [ k 2 Rj n ( k 2 R )]′ Pnl (cos θ ) cos φϕˆ k 2 R sin θ n (1) e ln 1 ∂Pnl n ( n + 1) l ˆ ′ [ k 2 Rj n ( k 2 R )] cos φϑˆ − = jn ( k 2 R ) Pn (cos θ ) cos φr + ∂θ k2 R k2 R (2) 1 − [ k 2 Rj n ( k 2 R )]′ Pnl (cos θ ) sin φϕˆ k 2 R sin θ Καθώς το Η/Μ κύµα προσπίπτει στη µεµβράνη του κυττάρου, ένα τµήµα του θα διαθλαστεί (θα περάσει δηλαδή στο κυτταρόπλασµα του κυττάρου) ενώ το άλλο θα ανακλαστεί, παραµένοντας στον εξωκυττάριο χώρο. Το διαθλώµενο καθώς και το ανακλώµενο ηλεκτρικό και µαγνητικό πεδίο είναι τα εξής: Ανακλώµενο κύµα: ∞ Er = E0e − iωt ∑ i n n =1 Hr = − 2n + 1 r ( 2 ) (an m0 ln − ibnr ne( 2ln) ) n(n + 1) ∞ k 2 E0 e −iωt ∑ i n µ 2ω n =1 2n + 1 r ( 2 ) (bn me ln + ianr n0( 2ln) ) n(n + 1) (3.α) (3.β) ∆ιαθλώµενο κύµα: ∞ Et = E0e − iωt ∑ i n n =1 Ht = − k1E0 µ1ω 2n + 1 t (1) (an m0 ln − ibnt ne(1ln) ) n(n + 1) ∞ e − iωt ∑ i n n =1 2n + 1 t (1) (bn me ln + iant n0(1ln) ) n(n + 1) (4.α) (4.β) Επίσης, οι συνοριακές συνθήκες στην κυτταρική µεµβράνη (R= α) είναι: ρ ρ ρ rˆ × ( Ei + Er ) = rˆ × Et Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 26 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ρ ρ ρ rˆ × ( H i + H r ) = rˆ × H t Από αυτές προκύπτουν οι συντελεστές: ant = µ1 jn ( ρ ) µ h(1) ( ρ ) r jn ( ρ ) h (1) ( ρ ) r + n an και bnt = + 1 n b , µ 2 Njn ( Nρ ) µ 2 Njn ( Nρ ) n jn ( N ρ ) jn ( N ρ ) όπου anr = − µ1 jn ( Nρ )[ ρjn ( ρ )]′ − µ 2 jn ( ρ )[ Nρjn ( Nρ )]′ µ1 jn ( Nρ )[ ρhn(1) ( ρ )]′ − µ 2 hn(1) ( ρ )[ Nρjn ( Nρ )]′ bnr = − µ1 jn ( ρ )[ Nρjn ( Nρ )]′ − µ 2 N 2 jn ( Nρ )[ ρjn ( ρ )]′ µ1hn(1) ( ρ )[ Nρjn ( Nρ )]′ − µ 2 N 2 jn ( Nρ )[ ρhn(1) ( ρ )]′ Με ρ = k2 a και N = k1 , ο συντελεστής διάθλασης. k2 Ωστόσο επειδή ρ 〈〈1 , oι σφαιρικές συναρτήσεις Bessel µπορούν να γραφούν: jn ( ρ ) = 2n n! n +1 ρ n 1 − ρ 2 + ... , (2n + 1)! (2n + 1)(2n + 3) hn(1) ( ρ ) = i (2n)! 1 + ... 2n n! ρ n +1 Στους παρακάτω υπολογισµούς θα ληφθεί υπόψη µόνο ο πρώτος όρος των σφαιρικών συναρτήσεων Bessel και επιπλέον επειδή ο λόγος της ακτίνας του κυττάρου (∼ 10-6 m) προς το µήκος κύµατος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (∼ 10-2 m για µικροκύµατα) είναι µικρός, ο πρώτος όρος των αθροισµάτων των σχέσεων (3), (4) θεωρείται ικανοποιητική προσέγγιση για τα µεταδιδόµενα πεδία που αναζητούνται. Εποµένως, για n=1 και κρατώντας δυνάµεις εώς και τρίτου βαθµού ως προς ρ, οι σχέσεις (5), (6) γίνονται: a1r ≈ 2i ( µ1 − µ 2 N 2 ) 3 i ( µ1 − µ 2 ) 3 ρ και b1r ≈ ρ 3 µ1 + 2 µ 2 3 2 µ1 + µ 2 N 2 Από τους συντελεστές ανάκλασης a1r και b1r µπορούν να υπολογιστούν οι συντελεστές διάδοσης a1t και b1t . Στη συνέχεια, αντικαθιστώντας τις σχετικές προσεγγίσεις των σφαιρικών συναρτήσεων Bessel στις σχέσεις (1), (2) προσδιορίζονται οι συντελεστές n0l(11) , nel(11) , m0l(11) , mel(11) . Τέλος, τοποθετώντας τα a1t , b1t , n0l(11) , nel(11) , m0l(11) , mel(11) στις σχέσεις (3), (4) υπολογίζονται το επαγόµενο ηλεκτρικό και µαγνητικό πεδίο στη σφαίρα. Συµπερασµατικά, µεταβάλλοντας τη συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, µελετώντας το Η/Μ φάσµα από τις ραδιοσυχνότες έως και τις ακτίνες γάµµα και παίρνοντας κάθε φορά τις κατάλληλες προσεγγίσεις, µπορούµε να υπολογίσουµε το επαγόµενο πεδίο στη σφαίρα-κύτταρο. Προς ένα ρεαλιστικό µοντέλο Η θεώρηση του κυττάρου ως αγώγιµη σφαίρα µε µονό µεµβρανικό περίβληµα, επιτρέπει τον ακριβή υπολογισµό του επαγόµενου ηλεκτρικού πεδίου από Η/Μ κύµα, ωστόσο δεν αποτελεί ρεαλιστικό µοντέλο διότι παραβλέπει: α) το γεγονός ότι τα κύτταρα δεν είναι απαραίτητα σφαιρικά. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 27 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών β) το γεγονός ότι τα κύτταρα δεν υποβάλλονται στην ακτινοβολία µεµονωµένα, αλλά οργανωµένα σε ιστούς. Η απόσταση µεταξύ των κυττάρων, καθώς και τα µέγεθος, σχήµα και προσανατολισµός του ιστού επηρρεάζουν σηµαντικά το µέγεθος του επαγόµενου πεδίου. Παρακάτω θα παρουσιαστούν τα αποτελέσµατα µοντέλων και πειραµάτων τα οποία λαµβάνουν υπόψιν τους παράγοντες που αναφέρθηκαν. Μη σφαιρικά κυτταρικά µοντέλα Σε µία συγκριτική εργασία πέντε διαφορετικών κυτταρικών µοντέλων, παρουσιάστηκαν τα µέγιστα επαγόµενα ηλεκτρικά πεδία για δύο διαφορετικές τιµές συχνότητας του προσπίπτοντος ηλεκτροµαγνητικού κύµατος. Οι τιµές αυτές – f=900MHz και f=2450MHz – αποτελούν συχνότητες TV, FM σηµάτων και µικροκυµάτων αντίστοιχα. Αυτές είναι και οι συχνότητες στις οποίες οι άνθρωποι είναι συχνότερα εκτεθειµένοι µέσω ποικίλων βιοµηχανικών εφαρµογών (όπως φούρνοι µικροκυµάτων, κινητή τηλεφωνία...). Τα µοντέλα που χρησιµοποιήθηκαν θεωρήθηκε πως περιβάλλονται από κυτταρική µεµβράνη πάχους 10nm, η οποία σχηµατίζεται από διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων, δεν έχει αγωγιµότητα και χαρακτηρίζεται από σχετική διαπερατότητα µεγέθους 11,3 που είναι ανεξάρτητη της συχνότητας. Τα σχηµατικά µοντέλα που χρησιµοποιήθηκαν είναι: • Το σφαιρικό • Το ελλειψοειδές • Το ερυθροκύτταρο, που αναπαρίσταται ως µία αµφίκοιλη δοµή • Το ραβδοειδές, που αναπαρίσταται ως κυλινδρική δοµή µε στρογγυλεµένα άκρα • Το κυλινδρικό Και στις πέντε γεωµετρίες ο µεγάλος ηµιάξονας διατηρήθηκε σταθερός στα 3,5µm, και ο µικρός στο 1µm, µε εξαίρεση τη σφαίρα (ακτίνας 3,5µm), και το ερυθροκύτταρο του οποίου το πάχος κυµαίνεται από 0,5 εώς 1µm. Οι διαστάσεις αυτές είναι χαρακτηριστικές ενός τυπικού κυττάρου θηλαστικού. Το σφαιρικό µοντέλο παρουσιάζεται χάριν σύγκρισης. Τα κύτταρα αναπαρίστανται εµβαπτισµένα σε συνεχές µέσο, που αποτελείται από ηλεκτρολύτες διαλυµένους σε νερό, γνωστών διηλεκτρικών ιδιοτήτων. Πίνακας Ι: Μέγιστο επαγόµενο ηλεκτρικό πεδίο για προσπίπτουσα ακτινοβολία συχνότητας f=900MHz. Σχήµα Κυττάρου Μέγιστο Επαγόµενο ηλεκτρικό πεδίο (V/m) Ηλεκτρική Πόλωση Μαγνητική Πόλωση Σφαιρικό 4,8 3,3 Ελλειψοειδές 4,6 3,9 Κυλινδρικό 4,9 3,1 Ερυθροκύτταρο 5,5 3,5 Ραβδοειδές 4,0 3,7 Πραγµατοποιείται προσοµοίωση έκθεσης των κυττάρων σε Η/Μ πεδίο µε τη χρήση υπολογιστή και το επαγόµενο ηλεκτρικό πεδίο υπολογίζεται µε την αριθµητική µέθοδο finite element, η οποία Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 28 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών διατείθεται σε κατάλληλο λογισµικό πακέτο. Το Η/Μ κύµα θεωρείται επίπεδο και εξετάζονται τόσο η περίπτωση ο µεγάλος ηµιάξονας του µοντέλου να είναι συγγραµµικός µε τη συνιστώσα του ηλεκτρικού πεδίου (ηλεκτρική πόλωση), όσο και να είναι συγγραµµικός µε τη συνιστώσα του µαγνητικού πεδίου (µαγνητική πόλωση). Η ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας έχει την τιµή Ε = 1V/m. Στη συνέχεια παρατείθενται τα αριθµητικά αποτελέσµατα της µελέτης αυτής, που αφορούν τη µέγιστη τιµή της έντασης του επαγόµενου ηλεκτρικού πεδίου η οποία παρατηρείται στην περιοχή της κυτταρικής µεµβράνης των µοντέλων που µελετήθηκαν. Πίνακας ΙΙ: Μέγιστο επαγόµενο ηλεκτρικό πεδίο για προσπίπτουσα ακτινοβολία συχνότητας f=2450MHz. Σχήµα Κυττάρου Μέγιστο Επαγόµενο ηλεκτρικό πεδίο (V/m) Ηλεκτρική Πόλωση Μαγνητική Πόλωση Σφαιρικό 4,7 2,9 Ελλειψοειδές 4,5 3,6 Κυλινδρικό 4,7 2,4 Ερυθροκύτταρο 5,2 3,2 Ραβδοειδές 3,6 3,5 Τα παραπάνω αποτελέσµατα παρατίθενται όχι τόσο για την αριθµητική τους αξία, όσο για την πολυτιµότητα των συγκριτικών συµπερασµάτων που απορρέουν από αυτά. Αρχικά, παρατηρείται πως µεγαλύτερα πεδία επάγονται από χαµηλότερης συχνότητας ακτινοβολία. Επίσης, παρατηρούνται µεγαλύτερα επαγόµενα πεδία στην περίπτωση της ηλεκτρικής πόλωσης. Τέλος, στην περίπτωση της ηλεκτρικής πόλωσης το ερυθροκύτταρο αποδεικνύεται ως το πιο ευαίσθητο στην Η/Μ ακτινοβολία, ενώ το ραβδοειδές είναι αυτό που επηρρεάζεται λιγότερο. Όσον αφορά στη µαγνητική πόλωση το ελλειψοειδές εµφανίζει υψηλότερο πεδίο, ενώ το κυλινδρικό εµφανίζει το χαµηλότερο. Ιστοί και µικροκυµατική ακτινοβολία Πίνακας ΙΙΙ: Παρατηρήσεις του πεδίου για διαφορετικούς τύπους κυτταρικών δυάδων Τύπος κυτταρικής Παρατηρήσεις για δυάδας Σφαιρική Κυλινδρική Ηλεκτρική Πόλωση Αύξηση του πεδίου για µείωση Μαγνητική Πόλωση της του πεδίου για µείωση της απόστασης d µεταξύ των κυττάρων. Για απόστασης d µεταξύ των κυττάρων. Για d→∞ d→∞ το πεδίο τείνει στην αντίστοιχη τιµή το πεδίο τείνει στην αντίστοιχη τιµή του για του για µοναδικό κύτταρο µοναδικό κύτταρο Αύξηση του πεδίου για µείωση της απόστασης d µεταξύ των κυττάρων. Ελλειψοειδής Μείωση Αύξηση του πεδίου για µείωση απόστασης d µεταξύ των κυττάρων. Γραµµική µείωση του πεδίου για µείωση της απόστασης d µεταξύ των κυττάρων. της Γραµµική µείωση του πεδίου για µείωση της απόστασης d µεταξύ των κυττάρων. Ως γνωστόν, στους έµβιους οργανισµούς τα κύτταρα, διαφοροποιούνται ώστε να τελούν διαφορετικές λειτουργίες. Τα κύτταρα που εκτελούν ίδιες λειτουργίες είναι οργανωµένα σε ιστούς. Ωστόσο οι διαφορετικοί ιστοί ποικίλλουν ως προς τη µορφολογία και την απόσταση µεταξύ των Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 29 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών κυττάρων τα οποία τους αποτελούν. Όταν ένας ιστός ακτινοβολείται, οι αµοιβαίες αλληλεπιδράσεις µεταξύ των κυττάρων είναι προφανές πως επηρεάζουν το συνολικό επαγόµενο ηλεκτρικό πεδίο. Σε µία προσπάθεια να ληφθεί ο παράγοντας αυτός υπόψη, στην έρευνα συµπεριλήφθηκε και η µελέτη µοντέλων που αποτελούνταν από δυάδες και τριάδες όµοιων κυττάρων. Τα αποτελέσµατα κάθε µοντέλου περιλαµβάνονται στον Πίνακα ΙΙΙ. Επίσης, µελετήθηκε µοντέλο τριών σφαιρικών κυττάρων τοποθετηµένων συγγραµικά µε την ηλεκτρική συνιστώσα του κύµατος. Το κεντρικό κύτταρο διατηρήθηκε σε σταθερό σηµείο του χώρου και µελετήθηκε το επαγόµενο πεδίο µεταβάλλοντας κατά ισαπέχουσες αποστάσεις τα δύο πλευρικά κύτταρα. Παρατηρήθηκε πως σε σύγκριση µε το δυαδικό µοντέλο, για ίδια τιµή της απόστασης d το πεδίο που επάγεται από τρία κύτταρα προκύπτει µεγαλύτερο. Ακόµα, όταν τα τρία κύτταρα εφάπτονται το πεδίο όχι µόνο παίρνει τη µέγιστη τιµή του, αλλά επιπλέον αυτή είναι περίπου η διπλάσια από την αντίστοιχη για µοναδικό κύτταρο. Τα παραπάνω πραγµατοποιήθηκαν και για τις δύο συχνότητες (f=900MHz και f=2450MHz ). Και πάλι παρατηρήθηκαν υψηλότερα πεδία για τη χαµηλότερη συχνότητα. Κατατάσσοντας τα µοντέλα µε βάση την ευαισθησία τους στην Η/Μ ακτινοβολία, το πλέον ευαίσθητο αποδείχθηκε το δυαδικό κυτταρικό µοντέλο, ακολουθεί το κυλινδρικό και έπεται το σφαιρικό. Είναι εντυπωσιακό το γεγονός ότι, ενώ το µονό σφαιρικό µοντέλο φαίνεται να αποτελεί ικανοποιητική προσέγγιση (αφού το µέγιστο επαγόµενο πεδίο που αποδίδει παίρνει µία µέση τιµή συγκρινόµενο µε τα υπόλοιπα µοντέλα), ωστόσο η άποψη αυτή καταρρίπτεται εξ ολοκλήρου στα ρεαλιστικότερα δυαδικά µοντέλα (όπου το σφαιρικό αποδίδει πάντα τη χαµηλότερη τιµή πεδίου και µάλιστα µε σηµαντική απόκλιση). Επιδράσεις της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας σε έµβιους οργανισµούς Ενώ έχει υπολογιστεί το πεδίο που επάγεται στις µεµβράνες διαφόρων κυτταρικών µοντέλων, από την ακτινοβόληση αυτών, µένει να εξεταστεί η επίδραση του πεδίου αυτού στις κυτταρικές λειτουργίες. Το ερώτηµα αυτό απασχολεί την επιστηµονική κοινότητα, όχι µόνο για να καθοριστούν οι παθογόνες επιδράσεις της ακτινοβολίας που προέρχεται από βιοµηχανικές εφαρµογές, αλλά και για να εντοπιστούν ευεργετικές ιατρικές εφαρµογές. Ήδη, διατυπώνεται η πρόθεση να µεταβληθεί η υπάρχουσα τεχνολογία στις ακτινογραφίες, µε αντικατάσταση των ακτίνων Χ από µικροκυµατική ακτινοβολία, ώστε να αποφεύγονται οι επιβλαβείς συνέπειες των ακτίνων Χ. Επίσης, τα τελευταία χρόνια στην πρώην Σοβιετική Ένωση, ασθενείς ακτινοβολούνται µε χαµηλής ισχύος µικροκύµατα για τη θεραπεία ασθενειών όπως το πεπτικό έλκος αλλά και καρκίνων. Ακόµα, επιτυχείς κλινικές εφαρµογές έχουν παρατηρηθεί και µε χρήση χρονοεξαρτηµένων µαγνητικών πεδίων εξαιρετικά χαµηλών συχνοτήτων (της τάξης των 10 Ηz). Χαρακτηριστικά παραδείγµατα αποτελούν η αναγέννηση νεκρωµένων νεύρων καθώς και η επιτάχυνση της επούλωσης οστικών τραυµάτων. Επίδραση µικροκυµατικής ακτινοβολίας στο ρυθµό ανάπτυξης κυτταρικής αποικίας Σύµφωνα µε πείραµα που πραγµατοποιήθηκε [3] σε κυτταρική αποικία του σακχαροµύκητα Cerevisiae, εκτεθειµένη σε ακτινοβολία 341 GHz για χρονικό διάστηµα 2,5 ωρών, παρατηρήθηκε σαφής επίδραση του πεδίου στον ρυθµό ανάπτυξης της αποικίας. Πρέπει να σηµειωθεί πως η αποικία του σακχαροµύκητα Cerevisiae αναπτύσσεται µε εκθετικό ρυθµό. Τα αποτελέσµατα µπορούν να Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 30 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών γενικευτούν και για ανθρώπινα κύτταρα καθώς ο σακχαροµύκητας αυτός είναι ευκαρυωτικός οργανισµός µεγάλης οµοιότητας µε κύτταρα θηλαστικών. Επιπλέον έχει το προτέρηµα πως το γονιδίωµά του είναι πλήρως χαρτογραφηµένο. Το πείραµα περιλαµβάνει δύο πανοµοιότυπες αποικίες κυττάρων που προέρχονται από την ίδια καλλιέργεια. Η µία αποικία υποβλήθηκε σε ακτινοβολία, ενώ η άλλη όχι. Κάθε 30 min λαµβανόταν η µέτρηση της ανάπτυξης ανά mm2 και των δύο αποικιών ταυτόχρονα. Η διαδικασία επαναλήφθηκε για 20 όµοια ζεύγη αποικιών και βρέθηκε πως η ανάπτυξη της εκτεθειµένης αποικίας ήταν µεγαλύτερη καθ’όλη τη διάρκεια του πειράµατος εκτός από την τελική µέτρηση (για t=150 min) όπου οι πληθυσµοί βρέθηκαν ίσοι. Επίσης, η πληθυσµιακή διαφορά ήταν περισσότερο έκδηλη για µικρούς χρόνους παρατήρησης, ενώ απαλοιφόταν µε την πάροδο του χρόνου. Συµπερασµατικά, φαίνεται πως η ακτινοβολία επιδρά περισσότερο στα κύτταρα όταν αυτά βρίσκονται σε πρώιµο στάδιο ανάπτυξης. Τα αποτελέσµατα υποδεικνύουν πως η ακτινοβολία θα πρέπει να µετατοπίζει τη στιγµή της µιτωτικής εκκίνησης (εποµένως και τη διάρκεια της φάσης προσαρµογής του κυττάρου), είτε να επιταχύνει το ρυθµό της εκθετικής αύξησης του πληθυσµού της αποικίας. Αξίζει να σηµειωθεί πως το παραπάνω πείραµα πραγµατοποιήθηκε για διάφορες τιµές συχνότητας της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (200-350 GHz), χωρίς να παρατηρηθεί καµία µεταβολή στο ρυθµό ανάπτυξης της εκτεθειµένης αποικίας παρά µόνο για τη συχνότητα των 341 GHz. Επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας σε κύτταρα και ιστούς Μεγάλη ανησυχία έχουν προκαλέσει στους επιστηµονικούς κύκλους οι επιδράσεις της έκθεσης στην Η/Μ ακτινοβολία, τόσο ζωικών κυτταρικών αποικιών όσο και ανθρώπινων πληθυσµών που παρατηρήθηκαν σε επιδηµιολογικές µελέτες. Σηµαντικό είναι επίσης το γεγονός ότι η επιστηµονική κοινότητα διχάζεται όσον αφορά την επικινδυνότητα της έκθεσης κάθε είδους έµβιου οργανισµού στην ακτινοβολία. Παρακάτω θα παρουσιαστούν οι βιολογικές επιδράσεις: • της µικροκυµατικής ακτινοβολίας • της Η/Μ ακτινοβολίας µε πολύ µικρή συχνότητα • του στατικού µαγνητικού πεδίου από µελέτες και πειράµατα που πραγµατοποιήθηκαν σε ζωικούς και ανθρώπινους ιστούς. Έρευνες σε ζωικά κύτταρα και ιστούς Οι πειραµατικές µελέτες σε καλλιέργειες ζωικών κυττάρων και ιστών προσφέρουν σηµαντικές πληροφορίες που αφορούν πιθανές µακροπρόθεσµες επιδράσεις της ακτινοβολίας, όπως είναι η καρκινογένεση και οι γενετικές ανωµαλίες, τοµείς που έχουν απασχολήσει ποικιλοτρόπως τα τελευταία χρόνια τους επιστήµονες. Πρέπει να σηµειωθεί ότι πειράµατα έχουν πραγµατοποιηθεί για όλες σχεδόν τις λειτουργείες και ενδεικτικά παρουσιάζονται τα πλέον ενδιαφέροντα αποτελέσµατα. Αρχικά, παρατηρήθηκε ότι η έκθεση τρωκτικών σε πεδία πολύ µικρής συχνότητας επηρέαζε τη µεταφορά σηµάτων-πληροφοριών µεταξύ γειτονικών νευρικών κυττάρων. Επίσης, σε πειράµατα που πραγµατοποιήθηκαν σε γάτες στην περιοχή του εγκεφάλου παρατηρήθηκε τοπική αύξηση της θερµοκρασίας κατά 1-1.5 °C, όταν εκτέθηκαν σε µικροκυµατική ακτινοβολία. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 31 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Όσον αφορά στην περιοχή του µατιού, διαπιστώθηκε ότι αυτή αποδεικνύεται ιδιαίτερα ευαίσθητη κατά την έκθεσή της σε µικροκυµατική ακτινοβολία και αυτό διότι οι βλάβες που προξενούνται στα µάτια είναι αθροιστικές και δεν αποικοδοµούνται από τον ίδιο τον οργανισµό. Συγκεκριµένα, παρατηρήθηκε άνοδος της θερµοκρασίας του µατιού σε κουνέλια, η οποία µακροπρόθεσµα προκάλεσε καταρράκτη. Σε αντίστοιχα πειράµατα σε πιθήκους παρατηρήθηκαν φλεγµονές στον κερατοειδή ιστό του µατιού. Ωστόσο, σε συγκριτική µελέτη των δύο ειδών, τα µάτια των πιθήκων βρέθηκαν λιγότερο ευαίσθητα στην Η/Μ ακτινοβολία καθώς προστατεύονται περισσότερο από το κρανίο και επίσης διότι ο φακός τους πραγµατοποιεί καλύτερη διάχυση της θερµότητας. Τέλος, έχουν πραγµατοποιηθεί πολλές απόπειρες σύνδεσης της µη ιονίζουσας ακτινοβολίας τόσο µε την καρκινογένεση όσο και µε την αναστολή καρκινικών µεταστάσεων, οι οποίες όµως είχαν διφορούµενα και µη καταληκτικά αποτελέσµατα. Έχει αποδειχτεί ότι η έκθεση σε ραδιοσυχνότητες, όταν αυτή παραµένει εντός των επιτρεπτών θερµοκρασιακών ορίων, δεν προκαλεί µεταλλάξεις και χρωµοσωµικές ανωµαλίες. Εποµένως, είναι εξαιρετικά απίθανο να σχετίζεται µε την καρκινογένεση. Επίσης για την περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων έχει ερευνηθεί η περίπτωση να ενθαρρύνεται η εξάπλωση ενός ήδη υπάρχοντος όγκου, λόγω καταστολής του ανοσοποιητικού συστήµατος από την ακτινοβολία. Στον αντίποδα του επιχειρήµατος αυτού βρίσκονται µελέτες που παρουσιάζουν παρατεταµένη επιβίωση και λιγότερες µεταστάσεις σε ποντίκια πάσχοντα από αυθόρµητη ογκογένεση τα οποία εκτέθηκαν σε µαγνητικά πεδία πολύ χαµηλών συχνοτήτων (ραδιοσυχνοτήτων). Έρευνες σε ανθρώπινα κύτταρα και ιστούς Ενδιαφέροντα πειράµατα και µελέτες που πραγµατοποιήθηκαν σε κύτταρα θηλαστικών ζώων αλλά και σε ανθρώπινους ιστούς, παρουσιάζουν τις ποικίλες επιδράσεις της Η/Μ ακτινοβολίας. Οι έρευνες αυτές πραγµατοποιήθηκαν για διάφορες περιοχές συχνοτήτων, τόσο σε υγιείς ενήλικες όσο και σε εγκύους για να µελετηθούν πιθανές επιδράσεις στα έµβρυα. Και πάλι οι απόψεις των επιστηµόνων διαφοροποιούνται καθώς τα πειραµατικά αποτελέσµατα αποτελούν απλές ενδείξεις και όχι σαφείς αποδείξεις για την επικινδυνότητα ή µη της Η/Μ ακτινοβολίας. Τα πιο συχνά παρατηρούµενα αποτελέσµατα της έκθεσης σε χαµηλής ενέργειας ακτινοβολία, παρατηρήθηκαν στην περιοχή του εγκεφάλου καθώς και στο κεντρικό νευρικό σύστηµα. Σηµειώνεται, επίσης, ότι άµεση έκθεση σε ακτινοβολία µικρής ενέργειας µπορεί να προκαλέσει παροδική µείωση των καρδιακών παλµών ανά λεπτό, γεγονός που διαφοροποιείται εφόσον το άτοµο βρίσκεται σε σωµατική ή πνευµατική εγρήγορση. Ακόµα, όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι θερµικές κυρίως επιδράσεις της µικροκυµατικής ακτινοβολίας, εξαρτώνται και διαφοροποιούνται στους ανθρώπινους ιστούς ανάλογα µε τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες. Τέλος, µεγάλη ανησυχία προκαλείται από τις πιθανές επιδράσεις της ακτινοβολίας σε εγκύους χειριστές ιατρικών µηχανηµάτων (όπως µαγνητικού τοµογράφου), καθώς και σε γυναίκες που πραγµατοποιούν ιατρικές εξετάσεις κατά τη διάρκεια της εγκυµοσύνης τους. Η έκθεση των γυναικών αυτών σε µικροκυµατική ακτινοβολία µπορεί να επηρεάσει το έµβρυο, καθώς λόγω των θερµικών φαινοµένων, η διάχυση της θερµότητας στην προστατευµένη περιοχή της κοιλιάς της µητέρας µπορεί να πραγµατοποιηθεί µόνο µέσω του πλακούντα. Έτσι, γίνεται φανερό πως η τοπική αύξηση της Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 32 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών θερµοκρασίας µπορεί να επηρεάσει εντονότερα το έµβρυο από ότι τον ενήλικο οργανισµό. 3.8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Παρακάτω θα παρουσιαστούν συνοπτικά τα θέµατα που µελετήθηκαν ήδη καθώς και τα αποτελέσµατα των πειραµάτων και ερευνών που έχουν πραγµατοποιηθεί τα τελευταία χρόνια. Αρχικά, µελετήθηκε το σφαιρικό κυτταρικό µοντέλο, όπου το κύτταρο θεωρείται µια οµογενής αγώγιµη σφαίρα, και παρουσιάστηκε η µέθοδος υπολογισµού του επαγόµενου ηλεκτρικού και µαγνητικού πεδίου στο κύτταρο. Μεταβάλλοντας τη συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και µε τη χρήση κατάλληλων συνοριακών συνθηκών καθώς και προσεγγίσεων, µπορεί να υπολογιστεί το αντίστοιχο επαγόµενο Η/Μ πεδίο. Ωστόσο, το σφαιρικό κυτταρικό µοντέλο δεν αποδεικνύεται αρκετά ρεαλιστικό καθώς παραβλέπει: α) πως τα κύτταρα παρατηρούνται σε διάφορα σχήµατα και β) πως τα κύτταρα συναντώνται στους έµβιους οργανισµούς οργανωµένα σε ιστούς. Μελετήθηκαν, λοιπόν, πέντε διαφορετικά κυτταρικά µοντέλα (σφαιρικό, ελλειψοειδές, ραβδοειδές, ερυθροκύτταρο, κυλινδρικό), για δύο τιµές της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (f=900, 2450 MHz),τόσο για ηλεκτρική όσο και για µαγνητική πόλωση. Παρατηρήθηκε, πως µεγαλύτερα πεδία επάγονται από χαµηλότερης συχνότητας ακτινοβολία. Επίσης, σηµειώθηκαν µεγαλύτερα επαγόµενα πεδία στην περίπτωση της ηλεκτρικής πόλωσης. Ακόµα, στην περίπτωση της ηλεκτρικής πόλωσης το ερυθροκύτταρο αποδεικνύεται ως το πιο ευαίσθητο στην Η/Μ ακτινοβολία, ενώ το ραβδοειδές είναι αυτό που επηρεάζεται λιγότερο. Όσον αφορά στη µαγνητική πόλωση το ελλειψοειδές εµφανίζει υψηλότερο πεδίο, ενώ το κυλινδρικό εµφανίζει το χαµηλότερο. Στη συνέχεια, µελετήθηκαν τρεις διαφορετικές κυτταρικές δυάδες (σφαιρική, κυλινδρική, ελλειψοειδής) και µια τριάδα σφαιρικών κυττάρων (το κεντρικό κύτταρο διατηρείται σταθερό και µεταβάλλονται οι αποστάσεις µεταξύ των πλευρικών κυττάρων ως προς το κεντρικό). Κατατάσσοντας τα µοντέλα µε βάση την ευαισθησία τους στην Η/Μ ακτινοβολία, το πλέον ευαίσθητο αποδείχθηκε το δυαδικό κυτταρικό µοντέλο, ενώ το κυλινδρικό και το σφαιρικό ακολουθούν. Παρατηρήθηκε, ακόµα, πως σε σύγκριση µε το δυαδικό µοντέλο, για ίδια τιµή της απόστασης d το πεδίο που επάγεται από τρία κύτταρα προκύπτει µεγαλύτερο. Επίσης, παρουσιάστηκε πείραµα που πραγµατοποιήθηκε σε κυτταρική αποικία του σακχαροµύκητα Cerevisiae, εκτεθειµένη σε ακτινοβολία 341 GHz για χρονικό διάστηµα 2,5 ωρών και παρατηρήθηκε σαφής επίδραση του πεδίου στον ρυθµό ανάπτυξης της αποικίας. Συγκεκριµένα, η ακτινοβολία φαίνεται να επιδρά περισσότερο στα κύτταρα όταν αυτά βρίσκονταν σε πρώιµο στάδιο ανάπτυξης. Τέλος, αναφέρονται οι βιολογικές επιδράσεις της Η/Μ ακτινοβολίας, διαφόρων συχνοτήτων, σε ζωικούς κι ανθρώπινους οργανισµούς. Τα σηµαντικότερα αποτελέσµατα της έκθεσης στην ακτινοβολία είναι βλάβες στο κεντρικό νευρικό σύστηµα, στην περιοχή των µατιών και του εγκεφάλου και οφείλονται κυρίως στα θερµικά φαινόµενα που προκαλεί η έκθεση στην Η/Μ ακτινοβολία. Όσον αφορά στην καρκινογένεση αναφέρθηκε πως είναι εξαιρετικά απίθανο να σχετίζεται µε την έκθεση σε ραδιοσυχνότητες, όταν αυτή παραµένει εντός των επιτρεπτών θερµοκρασιακών ορίων, καθώς δεν προκαλούνται µεταλλάξεις και χρωµοσωµικές ανωµαλίες. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 33 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 4 4. Όρια επικινδυνότητας της µη ιονιζουσας Η/Μ ακτινοβολίας Τα όρια ‘επικινδυνότητας’ πρέπει να τονιστεί ότι είναι όρια επικινδυνότητας και όχι όρια ασφαλείας, αφού µια οποιαδήποτε δόση ακτινοβολίας, οποιουδήποτε είδους και να είναι δεν µπορεί ποτέ να θεωρηθεί ασφαλής. Επίσης πρέπει να γίνει γνωστό ότι τα όρια επικινδυνότητας διαφέρουν από κράτος σε κράτος και από οργανισµό σε οργανισµό. Αυτή η διαφορά οφείλεται στην διαφορετική εκτίµηση του µηχανισµού επίδρασης της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας και στο είδος της ακτινοβολίας. Έτσι όσοι δέχονται τις θερµικές επιδράσεις προτείνουν υψηλά όρια, ενώ όσοι πιστεύουν στις αθερµικές επιδράσεις προτείνουν πολύ χαµηλότερα όρια. 4.1 ΤΑ ΟΡΙΑ ΕΠΙΚΙΝ∆ΥΝΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΙΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΠΙ∆ΡΑΣΕΙΣ Οι επιπτώσεις των ηλεκτροµαγνητικών πεδίων στην ανθρώπινη υγεία εξαρτώνται από τον βαθµό απορρόφησης τους από τους διάφορους ιστούς. Έχουµε τρεις µηχανισµούς µεταφοράς ενέργειας από το κύµα στο ανθρώπινο σώµα, µε αποτέλεσµα την αύξηση της θερµοκρασίας του: 1. ∆ιέγερση των ελευθέρων ηλεκτρονίων των ατόµων. 2. Εξαναγκασµένη πόλωση των ατόµων και µορίων των ιστών από το ηλεκτρικό πεδίο του κύµατος. 3. Ευθυγράµµιση υπαρχόντων δίπολων ατόµων ή µορίων µε το ηλεκτρικό πεδίο του κύµατος. Όπως έχουµε ήδη αναφέρει, ένα ειδικό µέγεθος καθιερώθηκε για την µελέτη των επιδράσεων των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων, το οποίο ονοµάστηκε Ειδικός Ρυθµός Απορρόφησης, ΕΡΑ, ή διεθνώς SAR (Specific Absorption Rate). Ο SAR ορίζεται ως το ποσό της κυµατικής ενέργειας που απορροφά η µονάδα µάζας ενός ιστού στη µονάδα του χρόνου. Εκφράζεται σε Watts ανά kg (W/kg) και διαφέρει για κάθε ιστό. Επίσης εξαρτάται από την συχνότητα του κύµατος και τον προσανατολισµό του σώµατος σε σχέση µε την διεύθυνση του ηλεκτρικού, Ε, και του µαγνητικού, Β, πεδίου του κύµατος.Ο τύπος υπολογισµού του SAR για ένα ζωικό ιστό πυκνότητας ρ (g/cm) και ειδικής θερµοκρασίας C (cal/g.grad), για ορισµένη συχνότητα και προσανατολισµό, είναι: SAR = 4,166 ρ C ∆Τ/∆t (Watts/cm3) όπου ∆t είναι ο χρόνος ακτινοβόλησης σε sec και ∆Τ η αύξηση της θερµοκρασίας του ιστού σε βαθµούς Κελσίου (grad). Γενικά συµπεράσµατα είναι τα εξής: α. Το ανθρώπινο σώµα απορροφά την κυµατική ενέργεια κατά τρόπο εκλεκτικό, διαφορετικό δηλαδή για κάθε συχνότητα και είδος ιστού. β. Μέγιστη δεκτικότητα κατά συχνότητα (συντονισµός), εµφανίζεται στην περιοχή από 30MHz 300MHz, όπου ο SAR παίρνει τις µέγιστες τιµές του. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 34 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών γ. Μέγιστη απορρόφηση ανά είδος ιστού εµφανίζουν σηµεία του σώµατος όπως ο λαιµός, τα πόδια, οι αγκώνες και η κοιλιακή χώρα, όπου ο τοπικός SAR παίρνει τιµές πολύ µεγαλύτερες (έως και 10 φορές) από τον µέσο SAR ολόκληρου του σώµατος. Συνεπώς τα σηµεία αυτά πρέπει να εκτίθενται όσο γίνεται λιγότερο στην κυµατική ενέργεια. Έτσι, µε βάση µόνο τους θερµικούς µηχανισµούς, τα όρια επικινδυνότητας των ∆υτικών ∆ιεθνών Οργανισµών είναι τα εξής: Ο µέγιστος αριθµός απορρόφησης κυµατικής ενέργειας (SAR) δεν πρέπει να υπερβαίνει την τιµή των 0,4 W/Kg, αθροιζόµενη κατά µέσο όρο µέσα σε οποιαδήποτε 6 λεπτά του εικοσιτετραώρου και για ολόσωµη έκθεση. Το κριτήριο αυτό διαµορφώθηκε µε την προϋπόθεση ότι οι εργαζόµενοι σε ηλεκτροµαγνητικά βεβαρηµένους χώρους είναι ενήµεροι των κινδύνων, λαµβάνουν µέτρα ασφαλείας και εκτίθενται µόνον για ένα οκτάωρο. Επειδή ο γενικός πληθυσµός εκτίθεται σε 24ωρη βάση και δεν είναι ενηµερωµένος, ώστε να λαµβάνει µέτρα ασφαλείας, η µέγιστη επιτρεπόµενη τιµή του ρυθµού απορρόφησης, για τον γενικό πληθυσµό, ορίστηκε πέντε φορές µικρότερη, δηλαδή 0.08 W/Kg. Τα όρια επικινδυνότητας στις ραδιοσυχνότητες σύµφωνα µε µερικούς οργανισµούς είναι τα εξής: Όρια επικινδυνότητας της IRPA Τα όρια αυτά θεωρούνται ως τα πλέων έγκυρα στη ∆ύση και ακολουθούνται από πολλές χώρες ή οργανισµούς, αφού καθιερώθηκαν από την επιτροπή µη ιονίζουσας ακτινοβολίας (International NonIonizing Radiation Committee, INIRC) της ∆ιεθνούς Εταιρίας Ακτινοπροστασίας (International Radiation Protection Association, IRPA) σε συνεργασία µε το τµήµα περιβαλλοντικής υγείας της Παγκόσµιας Οργάνωσης Υγείας (World Health Organization, WHO), µε την επιχορήγηση του ΟΗΕ (United Nations Environmental Program, UNEP). Συχνότητα f Ηλεκτρικό Μαγνητικό Ισοδύναµη πυκνότητα πεδίο Ε σε πεδίο Η σε ισχύος επιπέδου V/m A/m κύµατος Ρ, σε mW/cm² 0,1 – 1 614 1,6/f - > 1 – 10 614/f 1,6/f - > 10 – 400 61 0,16 1 > 400 – 2000 3f½ 0.008f ½ f/400 > 2000 - 300.000 137 0,36 5 (MHz) Όρια επικινδυνότητας του ANSI Είναι τα όρια του Αµερικανικού Ινστιτούτου Εθνικών Ορίων (American National Standards Institute), του επίσηµου δηλαδή οργάνου της κυβέρνησης των ΗΠΑ. Τα όρια αυτά προέκυψαν µε την υιοθέτηση, το 1992, από το ANSI των ορίων που καθιέρωσε η µεγαλύτερη παγκοσµίως επιστηµονική ένωση ΙΕΕΕ (Institute of Electrical and Electronic Engineers), µε την οδηγία ΙΕΕΕ C 95.1-1991. Όρια επικινδυνότητας της Eυρωπαϊκής Ένωσης Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 35 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Η ευρωπαϊκή επιτροπή ηλεκτροτεχνικής τυποποίησης CENELEC (Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique) ενέκρινε στις 30/11/94 το πειραµατικό ευρωπαϊκό πρότυπο ENV 50166 - 2 για την έκθεση ανθρώπων σε ηλεκτροµαγνητικά πεδία συχνοτήτων 10kHz - 300GHz. Τρία χρόνια µετά την ηµεροµηνία αυτή η CENELEC θα έπρεπε να κρίνει αν θα καθιερωνόταν ως οριστικό πρότυπο της Ευρωπαϊκής Ένωσης (εν τω µεταξύ έχει την ισχύ ελληνικού προτύπου). Η απόφαση αυτή αναµένεται να εκδοθεί, αν και ήδη έχει διαρρεύσει σε επιστηµονικά έντυπα. 4.2 ΟΡΙΑ ΕΠΙΚΙΝ∆ΥΝΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΚΑΙ ΤΙΣ ΑΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΠΙ∆ΡΑΣΕΙΣ Τα όρια αυτά έχουν καθιερωθεί από την πρώην Σοβιετική Ένωση και τα κράτη του πρώην Συµφώνου Βαρσοβίας και ισχύουν µέχρι και σήµερα στις χώρες οι οποίες είναι ακόµα πιστές στις στους αθερµικούς µηχανισµούς επίδρασης της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Τα όρια αυτά είναι αισθητά αυστηρότερα από τα υπόλοιπα, αφού είναι έως και διακόσιες φορές µικρότερα από εκείνα των δυτικών χωρών. 4.3 ΟΡΙΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ Τα πιο αυστηρά επιτρεπόµενα όρια έκθεσης για ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία στη συχνότητα των 900MHz, καθιερώθηκαν το 1988 από τη “∆ιεθνή Επιτροπή Ακτινοπροστασίας”, IRPA, (“International Radiation Protection Association”) και ισχύουν έως τώρα, αφού επιβεβαιώθηκαν το 1998 από τη “∆ιεθνή Επιτροπή Προστασίας από τη Μη-Ιονίζουσα Ακτινοβολία”, ICNIRP, (“International Commission on Non-Ionising Radiation Protection”). Τα όρια αυτά, για τους επαγγελµατικά εκτιθέµενους, είναι µέση τιµή Πυκνότητας Ισχύος: 2.25 mW/cm2, ή ολόσωµη µέση τιµή Ειδικού Ρυθµού Απορρόφησης, (SAR): 0.4 W/Kg. Οι µέσες τιµές αυτές αναφέρονται για οποιοδήποτε χρονικό διάστηµα 6min κατά τη διάρκεια ενός εικοσιτετραώρου. Τα αντίστοιχα όρια έκθεσης για τον γενικό πληθυσµό, είναι µέση τιµή Πυκνότητας Ισχύος: 0.45 mW/cm2, ή ολόσωµη µέση τιµή Ειδικού Ρυθµού Απορρόφησης, (SAR): 0.08 W/Kg. [Μέσες τιµές για οποιοδήποτε χρονικό διάστηµα 6min, κατά τη διάρκεια ενός εικοσιτετραώρου]. Τα όρια αυτά έχουν υιοθετηθεί και από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Μολονότι πρόκειται για ένα καταναλωτικό αγαθό, το κινητό τηλέφωνο δεν έχει καµία σχέση π.χ. µε ένα στερεοφωνικό σύστηµα (όπου ο καταναλωτής µπορεί ακουστικά να ελέγξει την ποιότητα του) ούτε µε ένα όργανο γυµναστικής που επίσης µπορεί να το χρησιµοποιήσει σωστά και χωρίς κινδύνους. Τι έχουν δείξει οι µέχρι τώρα µελέτες; Έχει διαπιστωθεί ότι γενικά η ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία προκαλεί τις λεγόµενες θερµικές επιπτώσεις (δηλαδή αύξηση της θερµοκρασίας του εκτιθέµενου ιστού – βλέπε φούρνο µικροκυµάτων ο οποίος βέβαια λειτουργεί µε πολύ µεγάλη ισχύ ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Επιπλέον όµως η ΗΜΑ προκαλεί µη θερµικές επιπτώσεις οι οποίες αναφέρονται στην επίδραση της ακτινοβολίας στη λειτουργία των κυτταρικών συστατικών που αναφέραµε. Οι µη-θερµικές επιπτώσεις θεωρούνται και οι πιο σηµαντικές από βιολογικής/ ιατρικής Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 36 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών σκοπιάς και δεν καλύπτονται από τα όρια ασφαλείας που έχουν θεσπισθεί, επειδή δεν είναι άµεσα µετρήσιµες µε κάποιο όργανο Με άλλα λόγια δεν υπάρχει απ΄ ευθείας συνάρτηση της έντασης της ακτινοβολίας, η οποία µπορεί να µετρηθεί µε όργανο σε µονάδες π.χ. χιλιοστοβαττ ανά τετραγωνικό εκατοστόµετρο (mW/cm2). Οι σχετικές µελέτες που έχουν γίνει µέχρι σήµερα µπορούν να οµαδοποιηθούν σε τρεις µεγάλες κατηγορίες. Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται οι λεγόµενες επιδηµιολογικές µελέτες στις οποίες µελετάται ένα µεγάλο δείγµα ανθρώπων που διαθέτουν κινητά τηλέφωνα για µερικά χρόνια σε σύγκριση µε ένα αντίστοιχο δείγµα που δεν διαθέτει τέτοιες συσκευές. Οι ερευνητές προσπαθούν να διαπιστώσουν µε στατιστική ανάλυση αν κάποιες ασθένειες ή κάποια συµπτώµατα είναι πιο συχνά στο πρώτο δείγµα. Πράγµατι έχει διαπιστωθεί ότι τα άτοµα στο πρώτο δείγµα έχουν πιο συχνά απώλεια µνήµης, πονοκεφάλους, κ.λ.π. Στη δεύτερη κατηγορία µελετών ανιχνεύονται οι λειτουργίες του εγκεφάλου (αφού αυτή είναι η περιοχή του οργανισµού πλησιέστερα στην κεραία του κινητού τηλεφώνου – βλέπε σχήµα 4.1), συνήθως µε τη βοήθεια εγκεφαλογραφήµατος για να διαπιστωθεί η ενδεχόµενη διαταραχή των φυσιολογικών ηλεκτρικών κυµάτων που παράγει ο εγκέφαλος. Εδώ οι έρευνες είναι αµφιλεγόµενες και τα αποτελέσµατα µη επαναλήψιµα. ∆ηλαδή σε άλλες µελέτες διαπιστώνεται αλλοίωση και σε άλλες όχι, Βέβαια από ερευνητικής σκοπιάς δεν είναι δυνατόν διαφορετικά πειράµατα από διαφορετικές ερευνητικές οµάδες να διεξάγονται κάτω από τις ίδιες συνθήκες και µε τους ίδιους ανθρώπους-χρήστες οπότε ίσως είναι αναµενόµενη µια τέτοια απόκλιση. Σχήµα 4.1. Γραφική αναπαράσταση µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή της δόσης που απορροφάται από τις διάφορες περιοχές της κεφαλής του χρήστη, κατά τη διάρκεια επικοινωνίας µε κινητό τηλέφωνο (το κόκκινο χρώµα δείχνει µέγιστο απορροφούµενης ενέργειας, το πράσινο αντιπροσωπεύει µικρότερη δόση και το µπλε περίπου µηδενική δόση). Στην τρίτη κατηγορία ερευνών χρησιµοποιούνται πειραµατόζωα (συνήθως ποντίκια ή έντοµα ή και άλλοι οργανισµοί) καθώς και καλλιέργειες κυττάρων. Στην περίπτωση αυτή γίνεται ακτινοβόληση µε Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 37 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ραδιοσυχνότητες κινητής τηλεφωνίας και µε εντάσεις πολύ κοντά στα όρια ασφαλείας. Πολλές µελέτες έχουν δείξει σαφείς επιπτώσεις που σχετίζονται µε τη φυσιολογική λειτουργία των µεµβρανών και ιδιαίτερα της διέλευσης ιόντων µέσα από αυτές. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η διαδικασία αυτή είναι ζωτικής σηµασίας για τη φυσιολογική λειτουργία των κυττάρων και ιδιαίτερα των εγκεφαλικών. Έχει επίσης διαπιστωθεί η ανάπτυξη όγκων σε πειραµατόζωα, καθώς και απώλεια προσωρινής µνήµης, ενώ σε άλλα πειράµατα µε ποντίκια παρατηρήθηκαν φαινόµενα συνέργειας µε ψυχοφάρµακα (αµφεταµίνες), δηλ. διαφορετικές αντιδράσεις για την ίδια δόση φαρµάκου, µετά από έκθεση σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία έντασης 1 mW/cm2. Εξάλλου, σε µια σειρά πειραµάτων, διαπιστώθηκε µέχρι και 60% µείωση στην αναπαραγωγή των εντόµων που βρίσκονταν δίπλα σε κεραία κινητού τηλεφώνου για 6 λεπτά την ηµέρα για λίγες µόνο ηµέρες. Η επίπτωση αυτή ήταν πολύ εντονότερη µε “διαµορφωµένη εκποµπή” (δηλαδή όταν µιλούσε κάποιος κοντά στο κινητό τηλέφωνο), παρά όταν το κινητό τηλέφωνο λειτουργούσε ως ποµπός, αλλά η εκποµπή δεν ήταν “διαµορφωµένη” από οµιλία. 4.4 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΠΕ∆ΙΟΥ ΑΠΟ ΚΙΝΗΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΟ ΤΙΜΕΣ: 0,039 mW/cm2 όταν το κινητό επικοινωνεί, αλλά ο χρήστης δεν οµιλεί (“µη διαµορφωµένη εκποµπή”), 0,157 mW/cm2 όταν το κινητό επικοινωνεί και ο χρήστης οµιλεί (“διαµορφωµένη εκποµπή”), 0,415 mW/cm2 όταν το κινητό επικοινωνεί και ο χρήστης οµιλεί (η τιµή µετρήθηκε σε διαφορετική τοποθεσία όπου το σήµα ήταν ασθενές κι έτσι το κινητό εκπέµπει σε µεγαλύτερη ισχύ). Πειραµατική διάταξη µέτρησης της έντασης πεδίου από κινητό τηλέφωνο. ∆ιακρίνεται αριστερά ο σφαιρικός ανιχνευτής και το κινητό τηλέφωνο µε την κεραία του σε απόσταση 2 εκατοστών από τον ανιχνευτή. ∆εξιά διακρίνεται το όργανο µέτρησης που δείχνει τιµή 0,207 mW/cm2 σε κατάσταση οµιλίας. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 38 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 5 5. Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από το δίκτυο του ηλεκτρικού ρεύµατος Οι µελέτες και οι ανακοινώσεις επιφανών επιστηµόνων οδήγησαν το Αµερικανικό Εθνικό Συµβούλιο Προστασίας από τις Ακτινοβολίες (NCRP) να αναθέσει σε µεγάλου κύρους εµπειρογνώµονες την σύνταξη σχετικής µελέτης. Τον Ιούνιο του 1995 διέρρευσε η έκθεση της επιτροπής όπου εισηγείται για τα πεδία 0-3ΚΗz (δηλαδή, ανάµεσα σε αυτά τα πεδία του δικτύου διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας των 50-60Ηz) τα εξής: Τα όρια που ισχύουν σήµερα (µαγνητικό πεδίο 100µΤ και ηλεκτρικό πεδίο 5000V/m) πρέπει να µειωθούν ως εξής (για το γενικό πληθυσµό): • Σε 3 χρόνια να µην ξεπερνούν αντίστοιχα τα 1µΤ και 100V/m • Σε 6 χρόνια να µην ξεπερνούν αντίστοιχα τα 0,5µΤ και 50V/m • Σε 10 χρόνια να επανεξεταστούν οι συνέπειες και να γίνει επιπλέον µείωση στα 0,2µΤ και 10V/m Ενώ παράλληλα προτείνει: • Να µη χτίζονται καινούργια σχολεία, νηπιαγωγεία και σταθµοί σε χώρους µε µαγνητικό πεδίο άνω των 0,2µΤ • Να µη χτίζονται σπίτια σε χώρους µε µαγνητικό πεδίο άνω των 0,2µΤ για περιόδους µεγαλύτερες από 0,2µΤ την ηµέρα • Να µη γίνονται νέες γραµµές µεταφοράς που θα έχουν ως αποτέλεσµα την υπέρβαση των παραπάνω Θα γίνει πιο κάτω φανερό ότι τα συµπεράσµατα της έκθεσης αυτής πρέπει να οδηγήσουν τις ενέργειες κρατών, οργανισµών και πολιτών σε διαφορετική κατεύθυνση από αυτή των προηγούµενων ετών. 5.1 ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗ ΑΠΟ ΚΑΛΩ∆ΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ∆υστυχώς, τα καλώδια υψηλής τάσης (πυλώνες) έχουν αποδειχθεί σχεδόν επικίνδυνα όσον αφορά την εκποµπή ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας για τον άνθρωπο. Αυτό φάνηκε σε µετρήσεις που έγιναν σε πλήθος γραµµών, όπου φάνηκε ότι το ηλεκτρικό πεδίο (Ε) στο µέσο της απόστασης δύο διαδοχικών πυλώνων παίρνει τιµές ίσες ή και µεγαλύτερες από το όριο επικινδυνότητας και κατά συνέπεια πολύ µεγαλύτερες από το όριο ασφαλείας (σύµφωνα µε τα προτεινόµενα όρια της αµερικανικής επιτροπής NCRP). Όσο Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 39 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών για το µαγνητικό πεδίο (Β) στο ίδιο σηµείο, τα πράγµατα είναι καλύτερα, αφού οι τιµές που παίρνει είναι πολύ µικρότερες από το όριο επικινδυνότητας για τα 50Hz αλλά και µεγαλύτερες από το όριο ασφαλείας των 2mG. Σαν συµπέρασµα καταλήγουµε στο ότι ο άνθρωπος δέχεται υπερβολική ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία για την υγεία του σε απόσταση κάτω των 30 µέτρων από τις γραµµές υψηλής τάσης, ενώ ασφαλής απόσταση θεωρούνται τα 200 µέτρα. Τα συµπεράσµατα αυτά απεικονίζονται στα παρακάτω διαγράµµατα: Πέρα όµως από την δηµιουργία της ‘δικής’ τους ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας, οι γραµµές υψηλής τάσης θεωρούνται ότι είναι κάποιο είδος ‘µαγνήτη’ για κάποιους επιπρόσθετους µηχανισµούς παραγωγής ηλεκτροµαγνητικών πεδίων, όπως: συσσώρευση κοσµικής ακτινοβολίας κατά µήκος των γραµµών, συσσώρευση καρκινογόνων και ραδιενεργών ουσιών γύρω από τους αγωγούς, παράταση του χρόνου ζωής των ελεύθερων ριζών. Στους δρόµους των πόλεων µετρήθηκαν µικρές τιµές έντασης του ηλεκτρικού και µαγνητικού πεδίου. Ωστόσο, στα σηµεία όπου υπάρχουν οι µετασχηµατιστές της ∆ΕΗ ( συνήθως γωνίες δρόµων) τα πεδία έχουν εντάσεις που στις µέγιστες τιµές τους (σε επαφή µε το µετασχηµατιστή) είναι µικρότερες από το όριο επικινδυνότητας αλλά πολύ µεγαλύτερες από το όριο ασφαλείας Ασφαλής απόσταση µπορούν να θεωρηθούν το 3m και άνω. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 40 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 6 6. Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από κεραίες ραντάρ Τα ραντάρ, γενικά, δεν επηρεάζουν µεγάλη µερίδα κόσµου, αλλά κυρίως ανθρώπους που εργάζονται σε αυτά ή κοντά σε αυτά, µε εξαιρέσεις κάποιες παράνοµα τοποθετηµένες ιδιωτικές κεραίες ή σταθµούς οποιουδήποτε είδους οι οποίες είναι εγκατεστηµένες σε κατοικηµένες περιοχές. Όλα τα ραντάρ δεν συγκαταλέγονται σε µια γενική κατηγορία, αφού υπάρχουν πολλά είδη τα οποία διαφέρουν όσον αφορά την ηλεκτροµαγνητική εκποµπή τους. 6.1 ΣΤΡΑΤΙΩΤΙΚΑ ΡΑΝΤΑΡ • Ραντάρ έρευνας: Τα όρια επικινδυνότητας Ανατολής - ∆ύσης διαφέρουν όσον αφορά αυτού του τύπου τα ραντάρ, µε αποτέλεσµα η πυκνότητα ισχύος τους σε απόσταση 250m να είναι πολύ µικρότερη από τα «∆υτικά» όρια, αλλά µεγαλύτερη από τα «Ανατολικά». Όσον αφορά όµως το εγγύς πεδίο, δεν µπορούµε να έχουµε σύγκριση τιµών αφού η πυκνότητα ισχύος υπολογίζεται µε προσεγγιστικές µεθόδους µόνο. Παρ’ όλα αυτά, η έκθεση ενός ανθρώπου στο εγγύς πεδίο δεν µπορεί να θεωρηθεί σε καµία περίπτωση ασφαλής. • Ραντάρ επιτήρησης στρατηγικών χώρων: Το εκπεµπόµενο ηλεκτροµαγνητικό πεδίο αυτών των ραντάρ σε απόσταση 100m από τον ποµπό έχει πυκνότητα ισχύος περίπου 4 φορές µεγαλύτερη των ∆υτικών ορίων επικινδυνότητας και κατά συνέπεια πολύ µεγαλύτερη των Ανατολικών ορίων. Σαν συµπέρασµα βλέπουµε ότι τα στρατιωτικά ραντάρ είναι επικίνδυνα όσον αφορά τα ηλεκτροµαγνητικά πεδία, αλλά δεν µπορούν να θεωρηθούν επιβαρυντικά για τον γενικό πληθυσµό, αφού βρίσκονται σε αποµονωµένες περιοχές και το προσωπικό το οποίο εργάζεται σε αυτά είναι άκρως εκπαιδευµένο. 6.2 ΡΑΝΤΑΡ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΑΕΡΟ∆ΡΟΜΙΩΝ Η µέση πυκνότητα ισχύος που εκπέµπουν τα σύγχρονα ελληνικά τερµατικά σε απόσταση άνω των 500 µέτρων ( µακρινό πεδίο ), παίρνει τιµές µικρότερες όλων των ορίων. Οι αντίστοιχες τιµές στο εγγύς πεδίο πρέπει βέβαια να είναι πολύ µεγαλύτερες, αλλά όπως είπαµε παραπάνω δεν µπορούν να συγκριθούν µε τα όρια επικινδυνότητας. Όσον αφορά την επιβάρυνση του περιβάλλοντος από τα τερµατικά αυτά, µπορεί να θεωρηθεί αµελητέα εάν: • Η κεραία του ραντάρ είναι εγκατεστηµένη σε ύψος 33 µέτρων πάνω από το έδαφος. • Η κεραία εκπέµπει οριζόντια ή 2° - 3° µοίρες άνω του οριζόντιου άξονα. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 41 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Έτσι, βλέπουµε ότι είναι πρακτικά αδύνατο µονάδες πληθυσµού να βρεθούν στη διεύθυνση µέγιστης ισχύος και κατά συνέπεια ο κίνδυνος από την ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία είναι ελάχιστος έως ανύπαρκτος. Μάλιστα, έχει αποδειχθεί πειραµατικά ότι οι τιµές που παίρνει η πυκνότητα ισχύος σε συγκεκριµένα σηµεία µε το ραντάρ ανοικτό και έπειτα κλειστό, είναι οι ίδιες. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 42 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 7 7. Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από τις οικιακές συσκευές Η ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από τις οικιακές συσκευές είναι κάτι που µας αφορά άµεσα όλους, αφού είναι κάτι στο οποίο εκτιθέµεθα καθηµερινά για πολύ χρόνο. Το φάσµα συχνοτήτων το οποίο καλύπτουν οι οικιακές συσκευές στο σύνολό τους είναι µεγάλο. Αρχίζει από τα 50 Hz και επεκτείνεται ως και την ζώνη των GHz. Από µετρήσεις που έχουν γίνει µε πεδιόµετρα σε διάφορα σηµεία µίας κατοικίας βλέπουµε ότι το µαγνητικό και το ηλεκτρικό πεδίο ενός σπιτιού κυµαίνεται σε επίπεδα κάτω από το όριο ασφαλείας, εκτός από συγκεκριµένα σηµεία όπως απάνω στους τοίχους (λόγω του δικτύου παροχής ρεύµατος) ή δίπλα από ηλεκτρικές συσκευές. Οι οικιακές συσκευές που αξίζουν ιδιαίτερης µελέτης είναι οι οθόνες των ηλεκτρονικών υπολογιστών και οι τηλεοράσεις. Οι συσκευές αυτές είναι οι πιο πολύπλοκες όσον αφορά την συχνότητα του ηλεκτροµαγνητικού πεδίου το οποίο εκπέµπουν, αφού έχουµε συνολικά τρεις περιοχές συχνοτήτων: • Πεδία συχνοτήτων VLF: Παράγονται από τον µετασχηµατιστή υψηλής τάσης (20.000 Volts), στη συχνότητα 15 - 20 kHz. • Πεδία συχνοτήτων RF (ραδιοσυχνότητες): Πέραν της κεντρικής συχνότητας του µετασχηµατιστή έχουµε την δηµιουργία αρµονικών συχνοτήτων λόγω οξύτατων παλµών του ίδιου του µετασχηµατιστή, της τάξεως των 300 kHz - 10 GHz. • Ραδιενέργεια (που αποτελούσε σηµαντικό πρόβληµα όταν πρωτοεµφανίστηκε η τηλεόραση, το οποίο σήµερα έχει σχεδόν εξαλειφθεί) από την οθόνη, ιονίζουσας συχνότητας, πέραν της συχνότητας του ορατού. 7.1 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗ ΑΠΟ ΟΙΚΙΑΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Οι τιµές του ηλεκτρικού και προπαντός του µαγνητικού πεδίου των ηλεκτρικών οικιακών συσκευών παίρνουν πολύ µεγάλες τιµές σε επαφή µε αυτές, που, µερικές φορές, ξεπερνούν το όριο επικινδυνότητας για 24ωρη έκθεση. ∆εν πρέπει να υπάρχει όµως ανησυχία αφού ο χρήστης δεν έρχεται σχεδόν ποτέ σε επαφή µε τέτοιου είδους οικιακές συσκευές (σεσουάρ, ξυριστική µηχανή, ανοιχτήρια κονσέρβας, ηλεκτρικά πριόνια κ.α.) και η χρήση τους είναι χρονικά περιορισµένη. Στη συνήθη απόσταση του χρήστη από τις συσκευές αυτές και ιδιαίτερα για το κεφάλι του, τα πεδία, ηλεκτρικά και µαγνητικά, είναι πολύ µικρότερα ακόµα και των ορίων ασφαλείας. Πεδία µεγαλύτερα από τα όρια ασφαλείας στην απόσταση του χρήστη δηµιουργούν µερικά µοντέλα συσκευών, όπως: πιστολάκια µαλλιών, ηλεκτρική ξυριστική µηχανή, µίξερ, ηλεκτρική κουζίνα, φούρνος µικροκυµάτων, σκουπιδοφάγος, ηλεκτρική σκούπα, τρυπάνια, πριόνια ηλεκτρικά, επιτραπέζιοι λαµπτήρες φθορισµού. Ειδικά για το φούρνο µικροκυµάτων πρέπει να προστεθεί ότι εκτός από τα πεδία συχνότητας 50Hz του Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 43 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών δικτύου, εκπέµπει και ραδιοκύµατα συχνότητας 2450MHz. Μετρήσεις έδειξαν ότι σε επαφή µε το τζάµι, η πυκνότητα ισχύος των µικροκυµάτων κυµαίνεται από 180-700µW/cm2, ενώ σε απόσταση µισού µέτρου είναι µικρότερη και από το “ανατολικό” όριο επικινδυνότητας του 1µW/cm2. Καλύτερα λοιπόν να τηρείται αυτή η απόσταση ασφαλείας και ο φούρνος να µην είναι προσιτός από τα µικρά παιδιά. Ακόµη οι φούρνοι αυτοί συνιστώνται περισσότερο για θέρµανση φαγητού παρά για µαγείρεµα και ο λόγος είναι ότι οι ζωικοί ιστοί απορροφούν διαφορετικά, όπως είδαµε, την µικροκυµατική ακτινοβολία και έτσι κάποια µέρη των κρεάτων να µην ψήνονται σωστά µε κίνδυνο διατήρησης παθογόνων µικροοργανισµών (π.χ. σαλµονέλα). 7.2 ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΤΗΛΕΟΡΑΣΕΩΝ Από µετρήσεις που έγιναν µε ειδικά όργανα συµπεραίνουµε ότι το µαγνητικό πεδίο γύρω από µια τυπική έγχρωµη τηλεόραση είναι κάτω από τα όρια επικινδυνότητας, µε αποτέλεσµα µία απόσταση µεγαλύτερη του µισού µέτρου να µπορεί να θεωρηθεί απόλυτα ασφαλής για τον άνθρωπο. ∆υστυχώς, δεν συµβαίνει το ίδιο και µε τις τιµές πυκνότητας ισχύος, αφού µετρώντας την επάνω στην συσκευή, βλέπουµε ότι είναι πολύ µεγαλύτερη από όλα τα όρια επικινδυνότητας. Γενικά όµως, µπορούµε να πούµε ότι µια απόσταση µεγαλύτερη των 2 µέτρων θα παρέχει την απαιτούµενη ασφάλεια. Οι µετρήσεις που έγιναν απεικονίζονται στo παρακάτω σχήµα: 7.3 ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΟΘΟΝΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Οι οθόνες των ηλεκτρονικών υπολογιστών δεν µπορούν να θεωρηθούν όλες στην ίδια κατηγορία, αφού ο βαθµός θωράκισης του κάθε µοντέλου διαφέρει (η θωράκιση υπάρχει αφού ο χρήστης ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή είναι αναγκασµένος να κάθεται πολύ κοντά στην οθόνη). Εποµένως είναι αναµενόµενο οι τιµές του µαγνητικού πεδίου αλλά και της πυκνότητας ισχύος να είναι µικρότερες από τις αντίστοιχες µίας τηλεόρασης. Οι µετρήσεις που φαίνονται στο παρακάτω πίνακα είναι τιµές ανάµεσα στις οποίες κινούνται πλήθος µοντέλων του εµπορίου: Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 44 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Απόσταση σε cm για Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Πυκνότητα ισχύος σε Πυκνότητα ισχύος σε Πυκνότητα ισχύος σε µW/cm2 κατά τη µW/cm2 κατά τη µW/cm2 κατά τη διεύθυνση x διεύθυνση y διεύθυνση z 0 150-300 500-2000 60-3000 10 50-150 50-300 100-500 50 Μικρότερη από 1 Μικρότερη από 1 Μικρότερη από 1 κάθε διεύθυνση Συµπερασµατικά θα µπορούσαµε να πούµε ότι: • Κάθε χρήστης πρέπει να εργάζεται σε απόσταση από την οθόνη µεγαλύτερη των 50 cm. • Καλό θα ήταν ο κάθε χρήστης να καθαρίζει την οθόνη του ή να την µετακινεί όταν αυτή είναι σβηστή • Είναι σχεδόν απαγορευτικό για τον οποιονδήποτε να κάθεται πίσω από αναµµένη οθόνη. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 45 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 8 8. Ηλεκτροµαγνητική επιβάρυνση από την κινητή τηλεφωνία Το κινητό τηλέφωνο αποτελεί ένα από τα επιτεύγµατα της σύγχρονης τεχνολογίας των τηλεπικοινωνιών που έχει αναδειχθεί σε είδος πρώτης επιλογής από τους καταναλωτές. Οι λόγοι είναι πολλαπλοί, µε κυριότερο εκείνον της εύκολης και άµεσης επικοινωνίας για λόγους επαγγελµατικούς, κοινωνικούς αλλά και ψυχαγωγίας. Η εξάπλωση είναι τόσο µεγάλη που υπολογίζεται ότι σε πολλές χώρες αντιστοιχεί ένα κινητό τηλέφωνο για κάθε τρεις κατοίκους. Έχει επισηµανθεί εδώ και αρκετά χρόνια, από τους επιστήµονες τους σχετικούς µε τις επιπτώσεις της ακτινοβολίας που προέρχεται από ραδιοσυχνότητες, ο κίνδυνος των δυσµενών επιπτώσεων στην υγεία όσων εκτίθενται σε αυτές. Όµως επειδή είναι δύσκολη η άµεση απόδειξη των επιπτώσεων αυτών το θέµα παραµένει ανοιχτό, µε τις Εταιρίες (κατασκευαστικές κινητών τηλεφώνων και παροχής υπηρεσιών κινητής τηλεφωνίας) να υποστηρίζουν ότι τηρούνται τα όρια ασφαλείας που έχουν θεσπιστεί και τους ερευνητές να επιµένουν (στην πλειοψηφία τους), ότι υπάρχουν ποικίλες επιπτώσεις στους χρήστες κινητών τηλεφώνων. Θα επιχειρήσουµε να παρουσιάσουµε το θέµα όσο πιο αντικειµενικά γίνεται χωρίς να αδικούµε την προσφορά της κινητής τηλεφωνίας στη βελτίωση της ποιότητας ζωής του σύγχρονου ανθρώπου αλλά και χωρίς να αγνοούµε τις πιθανές (και πολλές φορές ανιχνεύσιµες) βιολογικές επιπτώσεις που έχει αυτού του είδους η ακτινοβολία. Η κινητή τηλεφωνία στη χώρα µας χρησιµοποιεί δύο περιοχές συχνοτήτων (βλέπε σχήµα 4): την περιοχή των 900 µεγακύκλων (ΜHz), οι εταιρείες PANAFON και TELESTET και την περιοχή των 1800 µεγακύκλων η εταιρεία COSMOTE. Περιοχές συχνοτήτων ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας 0-20.000 HZ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΛ. ΡΕΥΜΑΤΟΣ, ΑΚΟΥΣΤΙΚΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ 20kHz-100 kHz ΥΠΕΡΗΧΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ 100 kHz-30 MHz ΡΑ∆ΙΟΦΩΝΙΑ, ΡΑ∆ΙΟΕΠΟΙΚΟΙΝΩΝΙΑ 30 MHz-300 MHz ΣΤΑΘΜΟΙ FM, ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ, ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ VHF 0,3 GHz- 3 GHz ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ UHF, ΦΟΥΡΝΟΙ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ, ΚΙΝΗΤΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ 3 GHz – 300 GHz ΡΑΝΤΑΡ, ∆ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ >300 GHz ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΟΡΑΤΟ ΦΑΣΜΑ ΥΠΕΡΙΩ∆ΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΚΤΙΝΕΣ – Χ ΑΚΤΙΝΕΣ -γ ΚΟΣΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Οι συχνότητες της κινητής τηλεφωνίας, σε σχέση µε τις άλλες συχνότητες του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος, εντάσσονται στην ευρύτερη περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων µαζί µε τις συχνότητες της Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 46 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ραδιοφωνίας της τηλεόρασης και των συστηµάτων ραντάρ. Τα χαρακτηριστικά των ραδιοσυχνοτήτων είναι η εκποµπή ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας (ΗΜΑ) µε συγκεκριµένες ιδιότητες. 8.1 ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΚΕΡΑΙΩΝ ΒΑΣΗΣ Η κεραία σταθµού βάσης εκπέµπει το µεγαλύτερο ποσοστό της ισχύος της οριζοντίως (κάθετα στο µεγάλο άξονα της κεραίας) και ελάχιστο ποσοστό κατακόρυφα. Κατά τη διεύθυνση µέγιστης ακτινοβολίας, οι τιµές της πυκνότητας ισχύος γίνονται µικρότερες από όλα τα όρια επικινδυνότητας πέρα από απόσταση των 50 µέτρων. Ύστερα από µετρήσεις σε σταθµούς βάσης σε απόσταση µόλις 10 µέτρων που έγιναν στην Ελλάδα και που απεικονίζουν την χειρότερη περίπτωση έκθεσης έχουµε τα εξής συµπεράσµατα: Η µέγιστη µετρηθείσα πυκνότητα πεδίου βρέθηκε µικρότερη από το όριο προστασίας. Παροµοίως, εφαρµόζοντας και το συντελεστή έκθεσης από πολλαπλές πηγές, υπολογιστήκανε τιµές που είναι µικρότερες της µονάδας. Αφού λοιπόν στην ακραία περίπτωση απευθείας έκθεσης, σε απόσταση µόλις 10 µέτρων από την κεραία εκποµπής, το πεδίο αναπτύσσεται εντός ορίων επικινδυνότητας, τότε είναι εύκολα αντιληπτό, λαµβάνοντας υπόψη και τη σχέση διάδοσης σε ελεύθερο χώρο όπου το πεδίο αποσβένυται µε ρυθµό αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της αποστάσεως, ότι σε οποιοδήποτε άλλο σηµείο πέραν της αποστάσεως των 10 µέτρων το πεδίο παίρνει τιµές σαφώς µικρότερες. Αυτό διαπιστώνεται και από τις µετρήσεις που έγιναν σε σχολεία της περιοχής του Ν. Ψυχικού όπου απείχαν από τις κεραίες εκποµπής από 20 έως 100 µέτρα περίπου και µε ποικίλους προσανατολισµούς ως προς αυτές. Συµπέρασµα: Η επιβάρυνση του πληθυσµού από την ακτινοβολία κεραιών σταθµών βάσης GSM µπορεί να θεωρηθεί αµελητέα. Στο συµπέρασµα αυτό καταλήγουν και οι πιο πρόσφατες µελέτες που έγιναν από τους καθηγητές του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Ν. Ουζούνογλου και Κ. Νικήτα στα πλαίσια ερευνητικού ευρωπαϊκού προγράµµατος (CEPHOS) µε σκοπό την κατάρτιση προτύπων για συσκευές κινητής τηλεφωνίας. 8.2 ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΦΟΡΗΤΩΝ (ΚΙΝΗΤΩΝ) ΤΗΛΕΦΩΝΩΝ Ενώ υπάρχει γενική παραδοχή από την παγκόσµια επιστηµονική κοινότητα ότι η ακτινοβολία των κεραιών των σταθµών βάσης GSM έχει ασήµαντη επίδραση στην υγεία του ανθρώπου, διαφορετική εµφανίζεται η εικόνα όσον αφορά στην ακτινοβολία των κινητών τηλεφώνων. Πρώτη ανησυχία για την πιθανή επικινδυνότητα των κινητών τηλεφώνων ξέσπασε το 1993. Κάποιος µιλώντας σε γνωστή εκποµπή του CNN ισχυρίστηκε ότι ο θάνατος της γυναίκας του από καρκίνο του εγκεφάλου προκλήθηκε από χρήση κινητού τηλεφώνου. Ο θόρυβος που προκλήθηκε από τα ΜΜΕ µείωσε τότε σηµαντικά την τιµή των µετοχών των εταιριών κινητής τηλεφωνίας. Τότε ανακοινώθηκε ότι µέχρι στιγµής οι επιστηµονικές έρευνες δεν έχουν αποδείξει σύνδεση του καρκίνου Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 47 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών του εγκεφάλου µε την ακτινοβολία του φορητού τηλεφώνου και συνεπώς δεν υπάρχει λόγος λήψης πρόσθετων µέτρων ασφαλείας πέραν των ισχυόντων. Ισχύοντα µέτρα προστασίας: α) Για ολόσωµη 24ωρη έκθεση (γενικός πληθυσµός) όριο επικινδυνότητας είναι τα 0,6 mW/cm2 ή 600 µW/cm2 και ως µέγιστο επιτρεπόµενο Ειδικό Ρυθµό Απορρόφησης (SAR) τα 0,8 W/kg. β) Όταν η έκθεση είναι τοπική όπως και στα κινητά, υπερβάσεις των ορίων αυτών επιτρέπονται αν µπορεί να αποδειχθεί ότι ο SAR είναι µικρότερος από 1,6 W/kg κατά µέσον όρο για κάθε γραµµάριο (1gr) οποιουδήποτε ιστού της κεφαλής. γ) Οι ποµποί συχνοτήτων 450-1500 MHz θεωρούνται ασφαλείς αν η ισχύς εκποµπής τους είναι µικρότερη από 1,4 (450/f, όπου f η συχνότητα σε MHz). Έτσι, το φορητό του GSM (f=900MHz), µπορεί να θεωρηθεί ασφαλές αν η ισχύς του είναι µικρότερη από 0,7 Watts και εφόσον, σύµφωνα µε την οδηγία, απέχει από το σώµα απόσταση µεγαλύτερη από 2,5 cm. • Η ισχύς εκποµπής των κινητών του GSM στην Ελλάδα είναι 2 W. • Οι περισσότεροι χρήστες χρησιµοποιούν το κινητό σε επαφή µε το αυτί. Οι επισηµάνσεις αυτές είναι οι πρώτες στην προσπάθεια εκτίµησης του βαθµού επικινδυνότητας των φορητών τηλεφώνων του GSM. O θεωρητικός υπολογισµός της πυκνότητας ισχύος στο περιβάλλον του κινητού τηλεφώνου για ισχύ εκποµπής Ρ=2 W, για τη διεύθυνση µέγιστης ακτινοβολίας της κεραίας και για αποστάσεις από 5 µέχρι 20cm, δίνει τιµές από 10.000µW/cm2 µέχρι 650µW/cm2, που είναι πολύ µεγαλύτερες και των δυτικών ορίων επικινδυνότητας. Η σύγκριση όµως δεν είναι επιτρεπτή, επειδή τα όρια αυτά αφορούν ολόσωµη έκθεση ενώ η ακτινοβολία του κινητού εντοπίζεται µόνο στην κεφαλή. Οι τιµές της πυκνότητας ισχύος της ακτινοβολίας του φορητού κυτταρικού τηλεφώνου GSM που προέκυψαν από τις µετρήσεις και τους θεωρητικούς υπολογισµούς, δεν µπορούν να αγνοηθούν. Για µια εγκυρότερη όµως εκτίµηση του βαθµού ασφαλείας των φορητών, πρέπει να υπολογιστεί ο ειδικός ρυθµός απορρόφησης των µεµονωµένων ιστών της κεφαλής και να συγκριθεί µε το όριο επικινδυνότητας των 1,6W/kg που θέτει η νέα οδηγία του ΙΕΕΕ C95.1-1991. O Gandhi υπολόγισε ότι για να µειωθεί ο βαθµός απορρόφησης της ακτινοβολίας του κινητού σε όλους τους ιστούς της κεφαλής κάτω από το όριο επικινδυνότητας των 1,6W/kg, θα πρέπει η ισχύς του κινητού τηλεφώνου να πέσει κάτω από 006W. Θεωρητικός υπολογισµός του SAR της ακτινοβολίας κινητού από το µάτι, το αυτί και τον εγκέφαλο µε ισχύ εκποµπής φορητού 1W και για δύο θέσεις του φορητού ως προς το κεφάλι (κατακόρυφη και υπό κλίση 45ο) σε απόσταση 0,5cm από αυτό, έδειξε τα αποτελέσµατα του παρακάτω πίνακα: Ειδικός Ρυθµός Απορρόφησης (W/kg) Είδος ιστού Φορητό τηλέφωνο τοποθετηµένο κατακόρυφα Φορητό τηλέφωνο κεκλιµένο κατά 45ο ως προς την κατακόρυφο 1,82W/kg 2,48W/kg Μάτι Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 48 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Εγκέφαλος 0,178W/kg 0,21W/kg Αυτί 10,11W/kg 4,97W/kg Οι τιµές που προκύπτουν είναι µεγάλες και υπερβαίνουν το όριο επικινδυνότητας των 1,6W/kg για µεµονωµένους ιστούς. Μεγαλύτερη εµφανίζεται, φυσιολογικά, η απορρόφηση από το αυτί, για κατακόρυφη θέση του κινητού, υπερβαίνοντας κατά 6 φορές περίπου το όριο επικινδυνότητας. Ακόµη µεγαλύτερες τιµές του SAR αναµένονται για την ισχύ των 2W που εκπέµπουν τα κινητά του συστήµατος GSM στην Ελλάδα!! Εποµένως η ισχύς των φορητών κυτταρικών τηλεφώνων του GSM στην Ελλάδα πρέπει να µειωθεί κατ’ αρχήν στα 0,5W, µε µελλοντική προοπτική στα 0,25W. Ωστόσο, οι µετρήσεις των προαναφερθέντων καθηγητών του ΕΜΠ για την απορρόφηση από το αυτί της Η/Μ ακτινοβολίας που εκπέµπεται από τα κινηητά των 0,5W ή 0,25W δίνει τα εξής αποτελέσµατα: Βαθµός διείσδυσης της ακτινοβολίας στους διάφορους ιστούς. Η λευκή κηλίδα δεξιά είναι η κεραία του κινητού. Ο µέγιστος βαθµός απορόφησης αντιστοιχεί στις µαύρες κηλίδες κάτω από το δέρµα (άνω του ορίου), ενώ πέφτει γρήγορα προς το εσωτερικό του κρανίου. Ειδικός Ρυθµός Απορρόφησης (W/kg) Κεραία µε κλίση 45ο σε απόσταση 0,5cm από το αυτί Κεραία κατακόρυφη σε απόσταση 0,5cm από το αυτί 1800MHz* 915MHz** 1800MHz* 915MHz** 0,5 W 1,5 2,4 4,5 5 0,25W 0,75 1,2 2,2 2,5 * Cosmote ** Telestet-Panafon Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 49 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 9 9. Υπολογιστική ∆οσιµετρία Η υπολογιστική δοσιµετρία υπολογίζει τη σχέση µεταξύ των εξωτερικών µη-διαταραγµένων ηλεκτροµαγνητικών πεδίων και των πεδίων που προκαλούνται (δηµιουργούνται) µέσα στο σώµα. Αυτό παρέχει ένα δείκτη στην επιλογή των επιπέδων αναφοράς σε σχέση µε τους βασικούς περιορισµούς. Οι υπολογιστικές τεχνικές µπορούν επίσης να χρησιµοποιηθούν για τη συσχέτιση συγκεκριµένης τιµής ρυθµού ειδικής απορρόφησης (specific absorption rate, SAR) µε την άνοδο της θερµοκρασίας µέσα στο σώµα, βοηθώντας µε τον τρόπο αυτό να υποδειχθούν βασικοί περιορισµοί στο SAR, ώστε να αποφευχθούν δυσµενείς θερµικές επιδράσεις. Οι εξισώσεις του Maxwell περιγράφουν την αµοιβαία αλληλεπίδραση των ηλεκτρικών και µαγνητικών πεδίων, και την αλληλεπίδρασή τους µε τα υλικά στο χρόνο και στο χώρο. Η προσέγγιση στην παραγωγή των επιπέδων αναφοράς είναι να λυθούν αυτές οι εξισώσεις αριθµητικά σε ανατοµικά ρεαλιστικά µοντέλα του σώµατος καλής διακριτικής ικανότητας. 9.1 ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ Τα ανατοµικά ρεαλιστικά µοντέλα του σώµατος προέρχονται συνήθως από δεδοµένα ιατρικής απεικόνισης και αναφέρονται ως voxel (volume pixel) phantoms ή αριθµητικά οµοιώµατα. Η δοµή των αριθµητικών οµοιωµάτων είναι µία τρισδιάστατη σειρά από voxels ή στοιχεία όγκου, καθένα από τα οποία έχει µια ετικέτα προσδιορισµού που υποδεικνύει τον τύπο ιστού που περιέχεται σε αυτό ή τον περιβάλλοντα αέρα. Οι κύριες ερευνητικές οµάδες που εργάζονται στην ανθρώπινη δοσιµετρία για την ανάπτυξη αριθµητικών οµοιωµάτων που χρησιµοποιούνται στις οδηγίες έκθεσης βρίσκονται στο NRPB, το πανεπιστήµιο της Utah (ΗΠΑ), το πανεπιστήµιο της Victoria (Καναδάς) και τη Brooks Air Force Base (ΗΠΑ). 9.2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Βιολογικές επιδράσεις ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων ραδιοσυχνο-τήτων Κατά τις τελευταίες δεκαετίες παρατηρήθηκε ραγδαία εξάπλωση της χρησης των ραδιοσυχνοτήτων (Radiofrequencies, RF) σε ποικίλες εφαρµογές στη βιοµηχανία, την ιατρική, την έρευνα κ.α. Ραδιοσυχνότητες είναι το τµήµα του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος που αντιστοιχεί στην περιοχή από 10 kHz έως 300 GHz. Το τµήµα µεταξύ 300 MHz και 300 GHz συνήθως ονοµάζεται µικροκύµατα (Microwaves, MW), ενώ συχνά χρησιµοποιείται και ο όρος χιλιοστοµετρικά κύµατα (millimeter waves, mmW) για την περιοχή 30-300 GHz. Στην περιοχή RF του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος περιλαµβάνονται οι συχνότητες που χρησιµοποιούνται για ραδιοφωνική εκποµπή AM, FM και βραχέων κυµάτων, για τηλεοπτική εκποµπή VHF και UHF, για τις κινητές και δορυφορικές επικοινωνίες, τις Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 50 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών µικροκυµατικές ζεύξεις κ.λπ.. Στην περιοχή RF του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος, η κβαντική ενέργεια δεν είναι ικανή να προκαλέσει χηµικές µεταβολές και ιοντισµό στα βιολογικά υλικά και χαρακτηρίζεται ως µη-ιοντίζουσα. Η µη-ιοντίζουσα περιοχή εκτείνεται µέχρι την υπέρυθρη (Infrared, IR), την ορατή (Visible, VI) και την υπεριώδη (Ultraviolet, UV) ακτινοβολία, περίπου ως τη συχνότητα 8×1014 Hz. H περιοχή του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος µε συχνότητα υψηλότερη από συχνότητα 8×1014 Hz, χαρακτηρίζεται ως ιοντίζουσα (ακτίνες Χ, ακτίνες γ, κ.λπ.), επειδή η κβαντική ενέργεια σε αυτή την περιοχή είναι αρκετή να προκαλέσει καταστροφή της ενδοµοριακής δοµής, διάσπαση διαµοριακών δεσµών και πρόκληση καρκινογενετικών φαινοµένων στα βιολογικά συστήµατα. Είναι γνωστό ότι οι βιολογικοί ιστοί αποτελούνται από χηµικές ενώσεις. Από ηλεκτρική άποψη τα µόρια τους εµφανίζονται ως ηλεκτρικά δίπολα. Κάτω από την επίδραση ισχυρού εξωτερικού ηλεκτροµαγνητικού πεδίου, τα δίπολα τείνουν να προσανατολιστούν κατά τη φορά του ηλεκτρικού πεδίου, και αυτό έχει σαν αποτέλεσµα την ταλάντωση των µορίων. Στη συνέχεια, η κινητική ενέργεια µετατρέπεται σε θερµότητα. Σύµφωνα µε τη γενικά παραδεκτή άποψη για την αλληλεπίδραση των υψίσυχνων ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων µε τους βιολογικoύς οργανισµούς, η παρουσία του ηλεκτρικού πεδίου αυξάνει την κινητική ενέργεια κυρίως των µορίων νερού, µε αποτέλεσµα τη µεταφορά ενέργειας από τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα στους ιστούς των βιολογικών οργανισµών. Εξαιτίας αυτής της αλληλεπίδρασης, παρουσιάζεται αύξηση της θερµοκρασίας είτε τοπικά ή ακόµη και συνολικά σε όλο το ανθρώπινο σώµα. Τα φαινόµενα που σχετίζονται µε αυτό το µηχανισµό αλληλεπίδρασης ονοµάζονται «θερµικά». Η αύξηση της θερµοκρασίας µέσα στους βιολογικούς οργανισµούς είναι µια διαδικασία που πραγµατοποιείται σε δύο στάδια. Aρχικά είναι απαραίτητη η ισχυρή διείσδυση της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας µέσα στο ανθρώπινο σώµα (τοπικά ή συνολικά) που έχει σαν αποτέλεσµα, στη συνέχεια, την αύξηση της θερµοκρασίας, εφόσον διατηρείται το επιβαλλόµενο ηλεκτροµαγνητικό πεδίο και η απορροφούµενη ισχύς ανά µονάδα µάζας βιολογικού ιστού είναι αρκετή. Ο θερµικός χαρακτήρας της βιολογικής επίδρασης της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας επιβεβαιώνεται στην πράξη από ιατρικές εφαρµογές που έχουν ήδη αναπτυχθεί, όπως η διαθερµία και η µικροκυµατική υπερθερµία που εφαρµόζεται για την αντιµετώπιση του καρκίνου. Πιο συγκεκριµένα, οι νόµοι που καθορίζουν την αύξηση της θερµοκρασίας µέσα σε βιολογικούς ιστούς εξαιτίας της έκθεσης σε RF κύµατα αναλύονται στη συνέχεια. 1) Απορρόφηση ισχύος ανά µονάδα µάζας βιολογικού ιστού Η απορρόφηση ισχύος ανά µονάδα µάζας ιστού είναι ανάλογη προς το τετράγωνο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου που αναπτύσσεται στη θέση που µελετάται. Το µέγεθος αυτό ονοµάζεται «Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης» (Specific Absorption Rate, SAR), εκφράζεται σε µονάδες ισχύος ανά µονάδα µάζας ιστού (W/kg), και υπολογίζεται σύµφωνα µε τη σχέση: SAR = σ | Ε |2 ρ (1) 3 όπου σ ( Si / m ) η ηλεκτρική αγωγιµότητα του ιστού, ρ (kg / m ) η πυκνότητα µάζας του ιστού και Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 51 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών | E | (V / m ) η ενεργή τιµή του ηλεκτρικού πεδίου. Ο Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης εξαρτάται από: (α) τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας (συχνότητα, πόλωση, ένταση), (β) τα χαρακτηριστικά του βιολογικού αντικειµένου, τη γεωµετρία του (µέγεθος και σχήµα) και την εσωτερική του δοµή, (γ) την απόσταση της πηγής εκποµπής της ακτινοβολίας και του βιολογικού αντικειµένου (κοντινό ή µακρινό πεδίο) και (δ) τις ιδιότητες του περιβάλλοντα χώρου. 2) Θερµική αντίδραση βιολογικών ιστών Η απορρόφηση ισχύος έχει σαν αποτέλεσµα την αύξηση της θερµοκρασίας µέσα στους ιστούς. Η µεταβολή της θερµοκρασιακής κατανοµής του σώµατος είναι συνάρτηση της αιµατικής ροής και των δυνατοτήτων των θερµορυθµιστικών µηχανισµών του σώµατος. Έτσι το τελικό αποτέλεσµα, εκτός από τα χαρακτηριστικά της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας, εξαρτάται και από τον ίδιο τον οργανισµό. Ερευνητικά αποτελέσµατα Από το Β’ Παγκόσµιο πόλεµο έχει αρχίσει διεθνώς εκτενής έρευνα για τα βιολογικά αποτελέσµατα των RF κυµάτων, η οποία χρηµατοδοτήθηκε σχεδόν στο σύνολό της από κρατικούς φορείς. Το κύριο µέρος αυτής της έρευνας αφορούσε πεδία σε συχνότητες 915 MHz και 2450 MHz, κοντά στις συχνότητες που χρησιµοποιούνται στις σύγχρονες κινητές επικοινωνίες. Πολλές από τις έρευνες αυτές κατέληξαν σε αντιφατικά αποτελέσµατα. Περιλάµβαναν αρκετές αναφορές για βιολογικά αποτελέσµατα των RF πεδίων σε κύτταρα και πειραµατόζωα, πολλές φορές σε χαµηλά επίπεδα έκθεσης, που δεν ήταν εύκολα κατανοητά και συχνά δεν ήταν δυνατή η αναπαραγωγή τους. Υπήρχε δε µια σηµαντική διασπορά σε ό,τι αφορούσε επιδράσεις στον άνθρωπο από χαµηλά επίπεδα έκθεσης σε RF πεδία. Ένας νέος κύκλος ερευνών ξεκίνησε στα µέσα της δεκαετίας του ’90, που χρηµατοδοτείται σηµαντικά από τους κατασκευαστές φορητών τηλεφωνικών συσκευών και κρατικές πηγές, εστιάζεται δε κυρίως στην καρκινογένεση και τα φορητά τηλέφωνα. Εργαστηριακές µελέτες Υπάρχει πληθώρα βιβλιογραφικών αναφορών για τα βιολογικά αποτελέσµατα της έκθεσης σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία, όµως το µεγαλύτερο µέρος των πειραµάτων έχει πραγµατοποιηθεί σε ζώα και είναι αµφισβητήσιµη από πολλούς η δυνατότητα επέκτασης των αποτελεσµάτων στον άνθρωπο. Καταρρακτογένεση Σε πειραµατόζωα που ακτινοβολήθηκαν µε σχετικά υψηλή πυκνότητα ισχύος παρατηρήθηκε η πρόκληση καταρράκτη. Το φαινόµενο αποδίδεται σε σηµαντική αύξηση της θερµοκρασίας κατά την έκθεση σε RF ακτινοβολία, εξαιτίας της αδυναµίας του οφθαλµού να απάγει τη θερµότητα. Μικροκυµατικό ακουστικό φαινόµενο Στην περίπτωση ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας παλµικής φύσεως, όπως αυτή του ραντάρ, έχει παρατηρηθεί ότι άνθρωποι που βρίσκονται κοντά στην πηγή ακούνε ήχο που προέρχεται από συντονισµό του κρανίου. Σύµφωνα µε τη σηµερινή γνώση, πρόκειται για θερµικό φαινόµενο και οφείλεται σε απότοµη µικρή αύξηση της θερµοκρασίας των ιστών. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 52 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Επιδράσεις στο νευρικό σύστηµα Οι περισσότερες πειραµατικές µελέτες αφορούν στον εγκέφαλο. Τα κυριότερα φαινόµενα που παρατηρήθηκαν είναι µεταβολές στο Ηλεκτροεγκεφαλογράφηµα και στην εκροή ιόντων ασβεστίου. Τα ιόντα ασβεστίου είναι εξαιρετικής σηµασίας για τη µεταφορική σύζευξη ενός ευρέος φάσµατος ανοσολογικών, ενδοκρινολογικών και νευροβιολογικών φαινοµένων στην εξωτερική επιφάνεια της κυτταρικής µεµβράνης. Παρατηρήθηκε ότι η παρουσία παλµικά διαµορφωµένων RF σηµάτων επάγει την εκροή ιόντων ασβεστίου σε ιστούς πειραµατοζώων, χωρίς να απαιτείται αισθητή αύξηση της θερµοκρασίας στους ιστούς (<0.1°C). Βρέθηκε ότι το φαινόµενο εξαρτάται ισχυρά από τη συχνότητα διαµόρφωσης και από την πυκνότητα ισχύος της εφαρµοζόµενης ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Η µέγιστη αλληλεπίδραση αναφέρεται ότι παρουσιάζεται για συχνότητες διαµόρφωσης παραπλήσιες µε αυτές της εγκεφαλικής δραστηριότητας (16 Hz). Το φαινόµενο της εκροής ιόντων ασβεστίου θεωρείται από τις σηµαντικότερες βιολογικές επιδράσεις των ραδιοκυµάτων, επειδή παρατηρείται για χαµηλές τιµές πυκνότητας ισχύος (µη θερµικής φύσεως). Επιδράσεις σε κυτταρικό επίπεδο Επιδράσεις στο DNA και καρκινογενετικά φαινόµενα έχουν µελετηθεί εκτενώς από πολλούς ερευνητές σε διάφορες συνθήκες έκθεσης. Ανάπτυξη καρκίνου του εγκεφάλου έχει αναφερθεί σε ποντίκια που εκτέθηκαν σε ηλεκτροµαγνητικά πεδία που χρησιµοποιούνται σε ασύρµατες κυτταρικές επικοινωνίες. Ωστόσο τα αποτελέσµατα αυτά δεν έχουν επιβεβαιωθεί από άλλα ανεξάρτητα εργαστήρια. Επιδηµιολογικές µελέτες Οι επιδηµιολογικές µελέτες σε ανθρώπινο πληθυσµό που εκτίθεται επαγγελµατικά σε RF πεδία είναι περιορισµένες σε αριθµό και σε ποιότητα, αναφέρονται δε κυρίως σε εργαζόµενους σε στρατιωτικές και βιοµηχανικές εγκαταστάσεις. Έχει περιγραφεί ότι άτοµα που εκτίθενται επαγγελµατικά σε µικροκυµατική ακτινοβολία παρουσιάζουν σύνολο υποκειµενικών εκδηλώσεων που χαρακτηρίζεται σαν «σύνδροµο µικροκυµάτων» και περιλαµβάνει πονοκέφαλο, ναυτία, ζάλη, κόπωση, διαταραχές ύπνου. Μερικές µελέτες αναφέρουν υψηλότερο κίνδυνο καρκίνου για επαγγέλµατα στα οποία συνυπάρχουν έκθεση σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία και χηµικοί παράγοντες. Πρόσφατα, έχουν γίνει ειδικές µελέτες σχετικά µε τη χρήση φορητών τηλεφωνικών συσκευών. Επιδηµιολογικές µελέτες στη Σουηδία και τις ΗΠΑ εστίασαν στη διερεύνηση πιθανής σχέσης µεταξύ χρήσης φορητών τηλεφωνικών συσκευών και ανάπτυξης καρκίνου του εγκεφάλου. Παρότι καµιά µελέτη δεν απέδειξε την αύξηση της επίπτωσης καρκίνου του εγκεφάλου σε ανθρώπους που κάνουν χρήση φορητών τηλεφωνικών συσκευών, και στις δύο µελέτες αναφέρεται µια τάση για υψηλότερη πιθανότητα ανάπτυξης όγκου του εγκεφάλου στην πλευρά που συνηθίζει ο χρήστης να κρατά το τηλέφωνο. Ο καρκίνος του εγκεφάλου χρειάζεται χρόνια ή ακόµα και δεκάδες χρόνια για να αναπτυχθεί. Η ανίχνευση µικρού ή µακροπρόθεσµου κινδύνου ανάπτυξης καρκίνου είναι εξαιρετικά δύσκολη. Η ανίχνευση µικρής αύξησης του κινδύνου απαιτεί µεγάλης κλίµακας έρευνες που παρουσιάζουν δυσκολίες στον έλεγχό τους και συχνά είναι δύσκολη η ερµηνεία των αποτελεσµάτων τους. Επιπλέον, Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 53 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών µια έγκυρη µελέτη οφείλει να αξιολογεί τη χρήση φορητού τηλεφώνου από τα άτοµα που συµπεριλαµβάνονται στη µελέτη για µια δεκαετία ή περισσότερο, γεγονός που δυσχεραίνεται από τη ραγδαία τεχνολογική ανάπτυξη στη βιοµηχανία κυτταρικών επικοινωνιών. Σε πρόσφατη εργαστηριακή µελέτη αναφέρεται ότι η χρήση φορητών τηλεφωνικών συσκευών µπορεί να επηρεάσει θετικά τη γνωσιακή λειτουργία. Σύµφωνα µε τη µελέτη αυτή, άτοµα που εκτέθηκαν σε προσοµοίωση εκποµπών φορητών τηλεφωνικών συσκευών σε συχνότητα 915 MHz, παρουσίασαν βελτίωση των αντανακλαστικών τους (µείωση του χρόνου αντίδρασης σε εξωτερικά ερεθίσµατα). Όµως, από τις µέχρι σήµερα επιδηµιολογικές µελέτες, δεν είναι δυνατόν να εξαχθούν οριστικά συµπεράσµατα, εξαιτίας διαφόρων αδυναµιών στη σχεδίαση τoυς, καθώς και του περιορισµένου αριθµού των περιπτώσεων που εξετάζουν. Επιπλέον, συχνά η έλλειψη ακριβών δοσιµετρικών πληροφοριών και η συνύπαρξη άλλων παραγόντων, εκτός της µελετούµενης ακτινοβολίας, περιορίζουν την αξία των µελετών αυτών. Οµάδες αυξηµένου κινδύνου Αυξηµένη ευαισθησία κατά την έκθεση σε µη ιοντίζουσα ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία σε σχέση µε το µέσο πληθυσµό µπορεί να οφείλεται σε ανεπαρκή θερµορυθµιστική λειτουργία και στην παρουσία εµφυτευµένων ιατρικών συσκευών. Εµφυτευµένες µεταλλικές συσκευές έχουν σαν αποτέλεσµα την τοπική αύξηση της απορροφούµενης ισχύος, µε συνέπεια τη θέρµανση των γύρω βιολογικών ιστών. Τέτοιες συσκευές είναι ορθοπεδικές µεταλλικές συσκευές, µεταλλικές καρδιακές βαλβίδες καθώς και εµφυτευµένα συστήµατα χορήγησης φαρµάκων, όπως ινσουλίνης, που περιέχουν µεταλλικά µέρη. Για άλλες εµφυτευµένες συσκευές, όπως οι καρδιακοί βηµατοδότες και τα κοχλιακά εµφυτεύµατα, το κυριότερο πρόβληµα προκύπτει από φαινόµενα ηλεκτροµαγνητικής παρεµβολής. Σύµφωνα µε µελέτη του ανεξάρτητου οργανισµού για την Έρευνα Ασύρµατων Επικοινωνιών (Wireless Technology Research, WTR), µερικοί τύποι βηµατοδοτών είναι ευαίσθητοι σε εξωτερικά ηλεκτροµαγνητικά πεδία, και γι’ αυτό άνθρωποι που φέρουν εµφυτευµένο βηµατοδότη, πρέπει να κρατούν το φορητό τηλέφωνο, ακόµη και όταν βρίσκεται σε κατάσταση αναµονής, σε απόσταση τουλάχιστον 15 cm από το βηµατοδότη. 9.3 ∆ΟΣΙΜΕΤΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΚΑΙ ΟΡΙΑ ΑΣΦΑΛΟΥΣ ΕΚΘΕΣΗΣ Σε όλο τον κόσµο, διεθνείς οργανισµοί και χώρες έχουν προχωρήσει στη σύσταση ορίων ασφαλείας για την έκθεση σε µη-ιοντίζουσα ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία. To 1974 η ∆ιεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας (International Radiation Protection Association, IRPA) συνέστησε οµάδα εργασίας για τη µελέτη προβληµάτων που σχετίζονται µε τη µη-ιοντίζουσα ακτινοβολία, σε συνεργασία µε την Παγκόσµια Οργάνωση Υγείας (World Health Organization, WHO). To 1992 δηµιουργήθηκε ανεξάρτητη επιστηµονική επιτροπή, η ∆ιεθνής Επιτροπή Προστασίας από Μη-Ιοντίζουσα Ακτινοβολία (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP), µε σκοπό την παρακολούθηση όλων των επιστηµονικών ερευνών και την αντικειµενική εξέτασή τους για την Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 54 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών καθιέρωση οδηγιών σχετικά µε τα όρια ασφαλούς έκθεσης σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία. Οι πιο πρόσφατες οδηγίες της ICNIRP δηµοσιεύτηκαν το 1998 και έχουν υιοθετηθεί από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Τυποποίησης CENELEC (Commite Europeen de Normalisation Electrotechnique) και την Ευρωπαϊκή Επιτροπή κατά τη σύνταξη του ισχύοντος προτύπου για την έκθεση σε ηλεκτροµαγνητικά πεδία. Στις ΗΠΑ, τα όρια ασφαλείας για την έκθεση σε RF ακτινοβολία βασίζονται στις οδηγίες του Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (Institute of Electrical and Electronics Engineers, ΙΕΕΕ) και έχουν υιοθετηθεί από το Αµερικανικό Ινστιτούτο Τυποποίησης (American National Standards Institute, ANSI). Σε συχνότητες υψηλότερες του 1 MHz, η θέσπιση ορίων ασφαλούς έκθεσης βασίζεται αποκλειστικά στα θερµικά αποτελέσµατα των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. Το βασικό µέγεθος για την ποσοτικοποίηση των θερµικών επιδράσεων είναι ο Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης. H θέσπιση ορίων ασφαλείας από τη CENELEC και άλλες επιτροπές τυποποίησης για ολόσωµη έκθεση σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία έχει βασιστεί στην πρόληψη διαταραχών στη συµπεριφορά που παρατηρούνται σε ζώα κατά την έκθεση τους σε χαµηλά επίπεδα ακτινοβολίας. Ο όρος «διαταραχές συµπεριφοράς» αναφέρεται στην τάση των ζώων να σταµατούν την εκτέλεση µιας πολύπλοκης γνωσιακής λειτουργίας όταν εκτίθενται σε ορισµένη ποσότητα ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας. Πρόκειται για θερµική επίδραση που παρατηρείται για Ρυθµό Ειδικής Απορρόφησης ίσο µε 4 W/kg σωµατικού βάρους, υπολογισµένο ως µέση τιµή σε ολόκληρο το σώµα. Θέτοντας ένα συντελεστή ασφαλείας ίσο µε 10, καθορίστηκε η µέγιστη επιτρεπτή τιµή του Ρυθµού Ειδικής Απορρόφησης για τον άνθρωπο (επαγγελµατική έκθεση) σε 0.4 W/kg και θέτοντας έναν επιπλέον συντελεστή ασφαλείας ίσο µε 5 για το γενικό πληθυσµό καθορίστηκε αντίστοιχη µέγιστη τιµή του Ρυθµού Ειδικής Απορρόφησης ίση µε 0.08 W/kg, υπολογισµένη ως µέση τιµή για ολόκληρο το σώµα και για χρονικό διάστηµα µέτρησης 6 min (Πίνακας 2). Με παρόµοιο σκεπτικό, προκύπτουν αντίστοιχα όρια για έκθεση µέρους του σώµατος σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία (Πίνακας 2). Επειδή ο Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης δεν είναι άµεσα µετρήσιµο µέγεθος, συχνά χρησιµοποιείται, ως παράµετρος ηλεκτροµαγνητικής δοσιµετρίας, η πυκνότητα ισχύος (S), δηλ. η ισχύς της ακτινοβολίας που προσπίπτει κάθετα στη µονάδα επιφάνειας, η οποία εκφράζεται σε W/m2 ή mW/cm2. Τα όρια του Ρυθµού Ειδικής Απορρόφησης ανάγονται σε µέγιστες επιτρεπτές τιµές ηλεκτρικού και µαγνητικού πεδίου, µε βάση την προσοµοίωση της σύζευξης του ηλεκτροµαγνητικού πεδίου µε το ανθρώπινο σώµα, η οποία εξαρτάται από παράγοντες όπως η συχνότητα και η πόλωση του πεδίου, οι διηλεκτρικές ιδιότητες των βιολογικών ιστών κ.ά. Σε συνθήκες µακρινού πεδίου, η πυκνότητα ισχύος δίνεται από τη σχέση: S= E 2 Z0 = Z0 H 2 (2) όπου E (V / m ) η ενεργή τιµή του ηλεκτρικού πεδίου, H ( A / m ) η ενεργή τιµή του µαγνητικού πεδίου και Z 0 = 377 Ω η κυµατική αντίσταση του ελευθέρου χώρου. Εποµένως, αρκεί η γνώση ενός από τα µεγέθη: ηλεκτρικό πεδίο, µαγνητικό πεδίο, πυκνότητα ισχύος του προσπίπτοντος κύµατος, για Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 55 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών τον υπολογισµό των υπολοίπων δύο. Αυτό ισχύει µόνο στο µακρινό πεδίο, όπου το ηλεκτροµαγνητικό κύµα έχει τα χαρακτηριστικά επίπεδου κύµατος -τα διανύσµατα του ηλεκτρικού και του µαγνητικού πεδίου είναι κάθετα µεταξύ τους και προς τη διεύθυνση διάδοσης και το κύµα εξασθενεί εκθετικά µε την απόσταση. Τα όρια της πυκνότητας ισχύος για την αποφυγή δυσµενών επιπτώσεων στην υγεία S (mW/cm2) εξαιτίας της έκθεσης σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία παρουσιάζονται στο Σχ. 9. 1. 102 101 5mW/cm2 1mW/cm2 100 1mW/cm2 0.2mW/cm2 -1 10 Επαγγελµατική έκθεση Γενικός πληθυσµός 10-2 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 Συχνότητα (MHz) Σχήµα 9.1: Πυκνότητα ισχύος (S) - Όρια ασφαλούς έκθεσης για τους εργαζόµενους και για το γενικό πληθυσµό. Αντίθετα στο κοντινό πεδίο, τα διανύσµατα του ηλεκτρικού και του µαγνητικού πεδίου µεταβάλλονται πολύ γρήγορα και η µεταξύ τους σχέση είναι εξαιρετικά πολύπλοκη. Έτσι κατά την έκθεση σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία προερχόµενη από κοντινές πηγές, η πυκνότητα της ισχύος του προσπίπτοντος κύµατος, δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως παράµετρος δοσιµετρίας. Ένα σώµα απορρόφησης στο κοντινό πεδίο αλληλεπιδρά µε την πηγή και επηρεάζει το δηµιουργούµενο από την πηγή πεδίο και κατά συνέπεια και την απορροφούµενη από το σώµα ισχύ. Τα όρια ασφαλούς έκθεσης σ' αυτή την περίπτωση είναι προτιµότερο να ορίζονται µε βάση το Ρυθµό Ειδικής Απορρόφησης, παρά τον έµµεσο χαρακτήρα του και τις δυσκολίες εκτίµησής του. 9.4 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΡΥΘΜΟΥ ΕΙ∆ΙΚΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Ο Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης αποτελεί το σηµαντικότερο µέγεθος για την ποσοτικοποίηση των βιολογικών αποτελεσµάτων των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων και µπορεί να προσδιοριστεί θεωρητικά ή να µετρηθεί σε οµοιώµατα βιολογικών ιστών, κατά την έκθεσή τους σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία. Υπολογιστικές τεχνικές Για τον υπολογισµό της κατανοµής της απορροφούµενης ηλεκτροµαγνητικής ισχύος από βιολογικούς ιστούς, χρησιµοποιούνται αναλυτικές µέθοδοι και γενικές αριθµητικές τεχνικές προσοµοίωσης. Οι αναλυτικές µέθοδοι µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την ανάλυση απλοποιηµένων µοντέλων βιολογικών ιστών, όπως οµογενείς ή στρωµατοποιηµένες κανονικές (επίπεδες, κυλινδρικές, σφαιρικές) γεωµετρίες. Ακόµη η ανάλυση της έκθεσης στο µακρινό πεδίο πηγών, όπου η φύση του Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 56 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ηλεκτροµαγνητικού κύµατος είναι σχετικά απλή επιτρέπει την εφαρµογή αναλυτικών τεχνικών. Η εφαρµογή γενικών αριθµητικών τεχνικών (µέθοδος ροπών, µέθοδος πεπερασµένων στοιχείων, µέθοδος πεπερασµένων διαφορών) επιτρέπει την ανάλυση πολύπλοκων ρεαλιστικών µοντέλων βιολογικών ιστών µε ανοµοιογένειες, ενώ είναι δυνατή η προσοµοίωση σύνθετων ηλεκτροµαγνητικών πηγών. Με αυτό τον τρόπο, µπορεί να ληφθεί υπόψη η πολύπλοκη φύση του κοντινού πεδίου και η αλληλεπίδραση µεταξύ του βιολογικού αντικειµένου και της πηγής. Πειραµατικές τεχνικές Οι κυριότερες µέθοδοι πειραµατικού προσδιορισµού του Ρυθµού Ειδικής Απορρόφησης σε οµοιώµατα βιολογικών ιστών που εκτίθενται σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία, βασίζονται στη µέτρηση του µέτρου του ηλεκτρικού πεδίου ή του ρυθµού αύξησης της θερµοκρασίας κατά την εφαρµογή υψηλής ηλεκτροµαγνητικής ισχύος για σύντοµο χρονικό διάστηµα. Μέτρηση ηλεκτρικού πεδίου Ο Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης σε οµοίωµα βιολογικού ιστού που εκτίθεται σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία, δίνεται από την (1). Το µέτρο του ηλεκτρικού πεδίου µπορεί να µετρηθεί άµεσα, χρησιµοποιώντας γραµµική κεραία (δίπολο), µικρών διαστάσεων σε σχέση µε το µήκος του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος στο οµοίωµα και απλό φωρατή, αποτελούµενο από µικροκυµατική δίοδο και πυκνωτή. Η διπολική κεραία τοποθετείται στη θέση στην οποία επιθυµείται η µέτρηση του πεδίου. Αν η RF τάση εισόδου στο κύκλωµα του φωρατή είναι ανάλογη προς το τετράγωνο του µέτρου της συνιστώσας του ηλεκτρικού πεδίου που είναι παράλληλη στον άξονα της κεραίας, το σήµα εξόδου είναι µια συνεχής τάση (DC), η οποία θα είναι ανάλογη προς τo τετράγωνο του µέτρου του ηλεκτρικού πεδίου που είναι παράλληλο στον άξονα της κεραίας. Όταν η πόλωση του ηλεκτρικού πεδίου είναι άγνωστη, πρέπει να χρησιµοποιηθούν διάφοροι προσανατολισµοί διπόλων ή περισσότερα δίπολα για τη µέτρηση του συνολικού ηλεκτρικού πεδίου. Οι κύριες απαιτήσεις από έναν αισθητήρα µέτρησης πεδίου είναι: − Γραµµική απόκριση σ’ ένα ευρύ φάσµα συχνοτήτων − Ισοτροπία σε διαφορετικά µέσα − Μικρό µέγεθος − Όσο το δυνατόν µικρότερη πρόκληση διαταραχής στο µετρούµενο ηλεκτρικό πεδίο − Υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα − Υψηλή ευαισθησία Συνήθως για την εξασφάλιση ισοτροπικών χαρακτηριστικών, οι αισθητήρες µέτρησης ηλεκτρικού πεδίου αποτελούνται από τρία µικροσκοπικά δίπολα διατεταγµένα σε ορθογώνιες µεταξύ τους κατευθύνσεις. Καθένα από αυτά περιέχει ένα στοιχείο διόδου µε αποτέλεσµα το σήµα που οδηγείται προς τη βαθµίδα ενίσχυσης και έπειτα στην ηλεκτρονική συσκευή ανάγνωσης (συνήθως παλµογράφο) να είναι ανορθωµένο. Θερµιδοµετρική τεχνική Η θερµιδοµετρική τεχνική αποτελεί εναλλακτική τεχνική µέτρησης του Ρυθµού Ειδικής Απορρόφησης και βασίζεται στη µέτρηση του ρυθµού αύξησης της θερµοκρασίας µέσα σε οµοίωµα Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 57 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών βιολογικού ιστού κατά την επιβολή υψηλής ισχύος για σύντοµο χρονικό διάστηµα. Ο Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης (SAR) µπορεί να εκτιµηθεί µε βάση τη σχέση SAR(W / kg ) = c ∆T ∆t (3) που αποτελεί προσεγγιστική έκφραση της εξίσωσης µεταφοράς θερµότητας, ∂T k SAR − ∇T 2 = ∂t pc c (4) 3 όπου ρ η πυκνότητα µάζας οµοιώµατος βιολογικού ιστού (kg/m ), c η ειδική θερµότητα υλικού (J/kg/°C), k η θερµική αγωγιµότητα υλικού (W/m/°C), ∆Τ η αύξηση θερµοκρασίας (°C), ∆t η διάρκεια παλµού ισχύος (sec). Αυτή η προσέγγιση ισχύει όταν ο δεύτερος όρος του αριστερού µέλους της εξίσωσης (4) που περιγράφει τη διάχυση θερµότητας, µπορεί να θεωρηθεί αµελητέος. Η παραβίαση της αρχικής γραµµικής σχέσης µεταξύ του ρυθµού αύξησης της θερµοκρασίας και του SAR αυξάνεται µε την αύξηση του χρόνου εφαρµογής ηλεκτροµαγνητικής ισχύος. Ο µέγιστος αποδεκτός χρόνος ∆t εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως η απαιτούµενη ακρίβεια µέτρησης του SAR, η θερµική αγωγιµότητα του οµοιώµατος και η χωρική παράγωγος της κατανοµής SAR, που µε τη σειρά της εξαρτάται από τη συχνότητα, τα χαρακτηριστικά του οµοιώµατος και την πηγή του ηλεκτροµαγνητικού πεδίου. Ο χρόνος ∆t πρέπει να είναι αρκετά σύντοµος, ώστε να ελαχιστοποιούνται τα φαινόµενα θερµικής διάχυσης. Η θερµοκρασία µετριέται συνήθως µε τη βοήθεια θερµοστοιχείων. 9.5 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ∆ΟΣΙΜΕΤΡΙΑ ΓΙΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Τα τελευταία χρόνια παρατηρήθηκε ραγδαία αύξηση της χρήσης των ραδιοσυχνοτήτων και µικροκυµατικών συχνοτήτων, ιδιαίτερα στις επικοινωνίες (κινητές επικοινωνίες, συστήµατα παρακολούθησης, τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι κ.λπ.), µε συνέπεια την αυξηµένη ανησυχία του κοινού για τις πιθανές βιολογικές επιδράσεις αυτών των συχνοτήτων. Οι ευρωπαϊκές κυτταρικές επικοινωνίες βασίζονται στο σύστηµα GSM (Global System for Mobile Communications) και λειτουργούν στις περιοχές συχνοτήτων 900 και 1800 MHz. Στις ΗΠΑ, οι κυτταρικές επικοινωνίες λειτουργούν σε δύο κύριες περιοχές συχνοτήτων: τα παλαιότερα συστήµατα στην περιοχή 850 MHz και οι νεότερες υπηρεσίες προσωπικών επικοινωνιών (Personal Communication Systems, PCS) στην περιοχή 1900 MHz. Για την περίπτωση των σταθµών βάσης των κινητών επικοινωνιών, όπου αναφερόµαστε στο µακρινό πεδίο της κεραίας, η στάθµη 0.5 mW/cm2 (Σχ. 9.1) εξασφαλίζει την προστασία του γενικού πληθυσµού. Αντίθετα για την περίπτωση της έκθεσης στην ακτινοβολία φορητών τηλεφωνικών συσκευών (τοπική έκθεση), τα όρια ασφαλείας εκφράζονται µε βάση το Ρυθµό Ειδικής Απορρόφησης. Ως κατώφλι για την αποφυγή δυσµενών επιπτώσεων στην υγεία θεωρείται η απορρόφηση 2 W/kg, που υπολογίζεται ως µέση τιµή σε µάζα βιολογικού ιστού 10 gr (Πίνακας 2). Η εκτίµηση της συµµόρφωσης µε τα όρια Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 58 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ασφαλούς έκθεσης δεν είναι προφανής όταν πρόκειται για έκθεση στο κοντινό πεδίο ηλεκτροµαγνητικών πηγών, όπως είναι οι φορητές τηλεφωνικές συσκευές. Για το λόγο αυτό, τόσο η CENELEC στην Ευρώπη όσο και η FCC (Federal Communications Committee) στις HΠA έχουν προχωρήσει στη σύνταξη προκαταρκτικών κειµένων για τον έλεγχο συµµόρφωσης φορητών τηλεφωνικών συσκευών µε τα όρια ασφαλείας. Πίνακας 2: Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης (SAR) - Όρια ασφαλούς έκθεσης. Γενικός SAR (µέση τιµή για όλο το σώµα και για διάστηµα µέτρησης 6 min) 0.08 W/kg SAR (µέση τιµή για 10 gr ιστού διαφορετικού από τα άκρα και για διάστηµα µέτρησης 6 min) 2 W/kg SAR (µέση τιµή για 10 gr ιστού στα άκρα (χέρια, πόδια) και για διάστηµα 6 min) 4 W/kg πληθυσµός Επαγγελµατική 0.4 W/kg 10 W/kg 20 W/kg έκθεση Κατά τη χρήση φορητών τηλεφωνικών συσκευών οι ιστοί του κεφαλιού του χρήστη εκτίθενται στο κοντινό πεδίο της πηγής. Τα αναλογικά φορητά τηλέφωνα εκπέµπουν µέση ισχύ 600 mW και τα περισσότερα ψηφιακά τηλέφωνα 250 mW (900 ΜΗz) ή 125 mW (1800 MHz). Ωστόσο η ισχύς των περισσότερων σύγχρονων τηλεφώνων ελέγχεται από το σταθµό βάσης: το φορητό τηλέφωνο προσαρµόζει την εκπεµπόµενη ισχύ του ώστε να παράγει το ελάχιστο σήµα που απαιτείται για την αξιόπιστη επικοινωνία του µε το σταθµό βάσης. Αν και η εκπεµπόµενη ισχύς είναι σχετικά χαµηλή, η τοποθέτηση της συσκευής σε επαφή µε το κεφάλι του χρήστη µπορεί να οδηγήσει σε υπέρβαση των ορίων ασφαλείας. Ένας ακόµη παράγοντας που δυσκολεύει την εκτίµηση της έκθεσης είναι η καθοριστική εξάρτησή της από την ακριβή θέση του τηλεφώνου σε σχέση µε το κεφάλι και από το ακριβές σχήµα και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του κεφαλιού, που ποικίλλουν ανάλογα µε το χρήστη. Απαιτείται εποµένως προσεκτικός έλεγχος για την εκτίµηση της συµµόρφωσης των φορητών τηλεφωνικών συσκευών µε τα διεθνή πρότυπα ασφαλείας. ∆υστυχώς είναι αδύνατη η µέτρηση του SAR µέσα στο κεφάλι. Γι’ αυτό ο έλεγχος βασίζεται σε πολύπλοκες υπολογιστικές προσοµοιώσεις και/ή σε µετρήσεις σε οµοιώµατα του ανθρώπινου κεφαλιού. Μετρήσεις σε οµοιώµατα Το κεφάλι αποτελείται από πολύπλοκους ιστούς (οστά, δέρµα, εγκεφαλική ουσία, οφθαλµούς κ.λπ.) µε διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, και διαφορετικό Ρυθµό Ειδικής Απορρόφησης ηλεκτροµαγνητικής ισχύος. Για τις µετρήσεις χρησιµοποιούνται πολύπλοκα οµοιώµατα του ανθρώπινου κεφαλιού που αποτελούνται από διαφορετικά υλικά µε ηλεκτρικές ιδιότητες ανάλογες των βιολογικών ιστών του κεφαλιού. Μια ιδιαίτερα κρίσιµη παράµετρος για τη δοσιµετρία είναι η σύσταση του οµοιώµατος από πλευράς τύπων ιστών. Το Institute of Electrical and Electronic Engineers (ΙΕΕΕ) έχει προτείνει τη την οδηγία SCC34/SC2 στην οποία λαµβάνονται υπόψη διαφορετικές αναλογίες δέρµατος, λίπους, µυός, οστού, λευκής και φαιάς ουσίας. Συχνά, χρησιµοποιούνται απλούστερα οµοιώµατα του Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 59 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ανθρώπινου κεφαλιού που αποτελούνται από πλαστικό κέλυφος στο οποίο τοποθετείται υγρό υλικό µε ιδιότητες ανάλογες µε αυτές του εγκεφαλικού ιστού. Αυτά τα µοντέλα έχουν καθοριστεί από τη CENELEC για τον έλεγχο συµµόρφωσης φορητών τηλεφωνικών συσκευών µε τα όρια ασφαλείας και αντιστοιχούν στη λεγόµενη «χειρότερη περίπτωση έκθεσης», οδηγώντας συνήθως σε υπερεκτίµηση των πραγµατικών επιπέδων έκθεσης. Η µέτρηση του ηλεκτρικού πεδίου στο εσωτερικό των οµοιωµάτων πραγµατοποιείται µε µικροσκοπικό αισθητήρα που κινείται µε τη βοήθεια ροµποτικού συστήµατος υψηλής ακριβείας. Στo Σχ. 9.2 παρουσιάζεται ένα σύνθετο οµοίωµα του ανθρώπινου κεφαλιού που αποτελείται από πέντε τύπους ιστών. Σχήµα 9.2: Οµοίωµα ανθρώπινου κεφαλιού για πειραµατικές µετρήσεις απορροφούµενης ισχύος. Υπολογιστικές προσοµοιώσεις Για τους θεωρητικούς υπολογισµούς, χρησιµοποιούνται είτε απλά γεωµετρικά µοντέλα (π.χ. σφαιρικά) ή λεπτοµερή ανατοµικά µοντέλα του ανθρώπινου κεφαλιού που βασίζονται σε δεδοµένα Αξονικής ή Μαγνητικής Τοµογραφίας (Σχ. 9.3) υψηλής ευκρίνειας. Από τα δεδοµένα Αξονικής ή Μαγνητικής Τοµογραφίας κατασκευάζονται αριθµητικά µοντέλα του κεφαλιού που αποτελούνται από κυβικά συνήθως στοιχεία µε µέγεθος ακµής που εξαρτάται από τη διακριτική ικανότητα της χρησιµοποιούµενης απεικονιστικής τεχνικής και µπορεί να φτάνει µέχρι 1 mm (Σχ. 9.4). οπτικό νεύρο αέρας δέρµα χόνδρος οφθαλµός λίπος µυς οστό λευκή ουσία φαιά ουσία ΕΝΥ αίµα οστό Σχήµα 9.3: Εγκάρσια τοµή κεφαλιού από Μαγνητική Τοµογραφία όπου σηµειώνονται οι διάφοροι τύποι ιστών. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 60 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Σχήµα 9.4: Αριθµητικά µοντέλα κεφαλιού (χεριού) χρήστη και φορητού τηλεφώνου για δοσιµετρικούς υπολογισµούς. Σχήµα 9.5: Ενδεικτική κατανοµή SAR σε κατακόρυφη τοµή ανατοµικού µοντέλου κεφαλιού εξαιτίας της έκθεσης σε ακτινοβολία φορητής τηλεφωνικής συσκευής σε συχνότητα 900 MHz. Η χρωµατική κλίµακα αναφέρεται σε dB ως προς τη µέγιστη τιµή SAR. Επιπλέον, δηµιουργούνται ακριβή αριθµητικά µοντέλα των φορητών τηλεφωνικών συσκευών, που βασίζονται συνήθως στα αρχεία CAD των κατασκευαστών (Σχ. 9.4). Για την επίλυση του εξαιρετικά σύνθετου αριθµητικού προβλήµατος της αλληλεπίδρασης µεταξύ φορητής τηλεφωνικής συσκευής και χρήστη χρησιµοποιούνται προσεγγιστικές αριθµητικές µέθοδοι και κυρίως η µέθοδος των πεπερασµένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου (Finite Difference Time Domain, FDTD), ενώ απαιτούνται ιδιαίτερα ισχυρά υπολογιστικά συστήµατα. Ενδεικτική κατανοµή SAR σε ακριβές ανατοµικό µοντέλο του κεφαλιού εξαιτίας της έκθεσης σε ακτινοβολία φορητής τηλεφωνικής συσκευής σε συχνότητα 900 MHz παρουσιάζεται στο Σχ. 9.5. Αξίζει να σηµειωθεί ότι η λαµβανόµενη κατανοµή SAR εξαρτάται σηµαντικά από τον τύπο της συσκευής, από τη συχνότητα λειτουργίας της, από τις ανατοµικές λεπτοµέρειες του κεφαλιού του χρήστη, καθώς και από την απόσταση και την τοποθέτηση της συσκευής σε σχέση µε το κεφάλι του χρήστη. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 61 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών 9.6 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ Για τη µελέτη της απορρόφησης της ακτινοβολίας τερµατικής συσκευής κινητών επικοινωνιών από την κεφαλή του χρήστη, στα πλαίσια της παρούσας εργαστηριακής άσκησης, θα χρησιµοποιηθεί οµοίωµα της ανθρώπινης κεφαλής κυβικού σχήµατος και τερµατική συσκευή (mock-up) που λειτουργεί σε συχνότητα 1710 MHz. Ο προσδιορισµός του Ρυθµού Ειδικής Απορρόφησης σε διάφορες θέσεις, µέσα στο οµοίωµα της κεφαλής, θα βασιστεί στη µέτρηση του ηλεκτρικού πεδίου, µε τη βοήθεια ειδικού αισθητήρα. Πειραµατική διάταξη H διάταξη που θα χρησιµοποιηθεί για τη µέτρηση του Ρυθµού Ειδικής Απορρόφησης στο εσωτερικό του οµοιώµατος του ανθρώπινου κεφαλιού φαίνεται στο Σχ. 9.6. Υ Π Ο Λ Ο Γ ΙΣΤΗ Σ ΕΛ ΕΓΧ Ο Υ ΣΑ ΡΩ ΣΗ Σ ΤΡΟ ΦΟ ∆Ο ΤΙΚ Ο Y Π Ο Λ Ο Γ ΙΣΤΗ Σ ΣΥ Λ ΛΟΓ Η Σ ∆Ε∆Ο Μ ΕΝΩ Ν Π ΑΛΜ Ο Γ ΡΑ ΦΟ Σ ΡΟ Μ Π ΟΤ ΙΚ Ο ΣΥ ΣΤΗ Μ Α ΣΑ ΡΩ ΣΗ Σ ΕΝ ΙΣΧ Υ ΤΗ Σ ΑΙΣ Θ ΗΤ Η Ρ ΑΣ ΗΛ .ΠΕ ∆ΙΟ Υ Γ ΕΝ Ν ΗΤΡΙΑ Ο Μ Ο ΙΩ Μ Α ΚΕΦ ΑΛ Η Σ M O CK UP Σχήµα 9.6: Πειραµατική διάταξη. λ/4 30 27.5 E ∆ιηλεκτρικό υλικό 120 55 20 5 Σχήµα 9.7: Η γεωµετρία του mock-up στην οποία διακρίνεται το έκκεντρο µονόπολο µήκους λ/4 και το σηµείο ωτός Ε (διαστάσεις σε mm). Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 62 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Τα επιµέρους τµήµατα της πειραµατικής διάταξης περιγράφονται στη συνέχεια. Τερµατική συσκευή: Το mock-up της τερµατικής συσκευής αποτελείται από µεταλλικό κουτί που στην πρόσθια επιφάνειά του φέρει επικάλυψη από διηλεκτρικό υλικό, όπως φαίνεται στο Σχ. 9.7. Στην άνω του επιφάνεια έχει τοποθετηθεί µονόπολο µήκους 4.39 cm, το οποίο διεγείρεται µε συνεχές ηµιτονοειδές σήµα συχνότητας 1710 GHz από γεννήτρια υψηλών συχνοτήτων µέσω οµοαξονικού καλωδίου. Στην πρόσθια επιφάνεια ορίζεται το λεγόµενο σηµείο ωτός (ear point), σύµφωνα µε τις αντίστοιχες συστάσεις της CENELEC, που αντιστοιχεί στην είσοδο του ακουστικού πόρου του χρήστη της συσκευής (Σχ. 9.7). Οµοίωµα κεφαλής: Το κυβικό οµοίωµα της κεφαλής αποτελείται από κέλυφος plexiglass µε µέγεθος ακµής 20 cm, που γεµίζεται µε κατάλληλο υγρό το οποίο προσοµοιώνει τις ηλεκτρικές ιδιότητες του εγκεφαλικού ιστού στη συχνότητα των 1710 ΜHz. Η άνω επιφάνεια είναι ανοικτή ώστε να επιτρέπει την είσοδο του αισθητήρα µέτρησης του ηλεκτρικού πεδίου. Το σηµείο ωτός ορίζεται ως το κέντρο της κάτω επιφάνειας του κυβικού οµοιώµατος, σύµφωνα µε τις συστάσεις της CENELEC. Η τοποθέτηση της τερµατικής συσκευής σε σχέση µε το οµοίωµα φαίνεται στο Σχ. 9.8. 20 cm z 20 cm E y x Σχήµα 9.8: Τοποθέτηση της τερµατικής συσκευής σε σχέση µε το κυβικό οµοίωµα του ανθρώπινου κεφαλιού. Το σηµείο Ε αντιστοιχεί στο σηµείο ωτός το οποίο πρέπει να είναι ευθυγραµµισµένο κατά τον κατακόρυφο άξονα z µε το αντίστοιχο σηµείο ωτός που σηµειώνεται στη βάση του οµοιώµατος. Αισθητήρας µέτρησης ηλεκτρικού πεδίου: Πρόκειται για µικροσκοπικό αισθητήρα αποτελούµενο από τρία µικρά δίπολα διατεταγµένα σε τρία κανάλια CHX, CHY, CHZ τα οποία µετρούν τις τρεις συνιστώσες του ηλεκτρικού πεδίου (Εx, Ey, Ez ). CHΥ CΗΧ CHZ Σχήµα 9.8: Κάτοψη του αισθητήρα µέτρησης ηλεκτρικού πεδίου στην οποία διακρίνονται τα τρία δίπολα µε τη βοήθεια των οποίων µετρώνται οι συνιστώσες του ηλεκτρικού πεδίου. Τα µετρούµενα σήµατα είναι σήµατα τάσης (ux, uy, uz) τα οποία µετατρέπονται σε τιµές ηλεκτρικού πεδίου µε βάση τη σχέση: Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 63 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ui + (ui 2 ⋅ CF ) / DCP Normi ⋅ ConvF (5) Ei = όπου i=X, Y, Z, Ei η συνιστώσα του ηλεκτρικού πεδίου (V/m), ui η τάση του καναλιού i (µV), Normi η ευαισθησία του καναλιού i (µV/(V/m)2), ConvF ο παράγοντας µετατροπής (enhancement factor) στο υγρό (ConvF=1 για τον αέρα), DCP το σηµείο συµπίεσης της διόδου (diode compression point) (µV), CF ο λόγος της ισχύος κορυφής προς τη µέση ισχύ (crest factor). Οι παράµετροι Norm και DCP για τα κανάλια Χ, Υ, Ζ παίρνουν τις τιµές: NormX = 2.15, DCPX = 100 mV, NormY = 1.92, DCPY = 100 mV, NormZ = 2.02, DCPZ = 100 mV. Επιπλέον σε συχνότητα 1800 ΜΗz ισχύει: ConvFX = 4.1 ± 10%, ConvFY = 4.1 ± 10%, ConvFZ = 4.1 ± 10%. Τρικαναλικός ενισχυτής: Τροφοδοτείται µε σταθερή τάση 6 V και ενισχύει τα πολύ ασθενή σήµατα (της τάξης των µV) που ανιχνεύονται από τον αισθητήρα. Η ενίσχυση γίνεται ξεχωριστά για κάθε κανάλι µε χρήση ρυθµιστικής αντίστασης Ri (trimmer), η οποία για καθένα από τα κανάλια Χ, Υ, Ζ παίρνει τις τιµές: RX=2.516ΚΩ, RY=2.531ΚΩ, RZ=2.506ΚΩ. Από τις τιµές αυτές µπορεί να υπολογιστεί το κέρδος ανά κανάλι µε τη βοήθεια της σχέσης: Gi = 20 ⋅ 400 + Ri ( KΩ) Ri ( KΩ) . (6) Με αυτό τον τρόπο τα µετρούµενα σήµατα της τάξεως των µV µετατρέπονται σε σήµατα της τάξεως των mV (ενίσχυση περίπου 3200 φορές), ώστε να είναι δυνατή η απεικόνισή τους µε τη βοήθεια του παλµογράφου. Παλµογράφος: Χρησιµεύει για την ανάγνωση των σηµάτων εξόδου του ενισχυτή. Υπολογιστής συλλογής δεδοµένων: Πρόκειται για προσωπικό υπολογιστή, ο οποίος, µε τη βοήθεια κατάλληλου λογισµικού, αναλαµβάνει τη συλλογή και επεξεργασία των µετρήσεων. Ροµποτικός βραχίονας: Στο άκρο του προσαρµόζεται ο αισθητήρας µέτρησης του ηλεκτρικού πεδίου και µπορεί να κινείται κατά µήκος τριών ορθογώνιων αξόνων µε τη βοήθεια τριών βηµατικών κινητήρων. Παρέχει τη δυνατότητα σάρωσης συγκεκριµένης περιοχής ή και ολόκληρου του οµοιώµατος για τη λήψη µετρήσεων. Η κίνηση του βραχίονα µπορεί να γίνει είτε χειροκίνητα µέσω µοχλοδιακοπτών, ή ακόµα µε τη βοήθεια κατάλληλου λογισµικού σάρωσης που είναι εγκατεστηµένο στον αντίστοιχο υπολογιστή. Υπολογιστής ελέγχου σάρωσης: Ο υπολογιστής αυτός περιλαµβάνει κατάλληλο λογισµικό για τον έλεγχο της κίνησης του ροµποτικού βραχίονα (άξονες και βήµα κίνησης, χρόνος παραµονής στη θέση µέτρησης κ.λπ.), παρέχοντας τη δυνατότητα αυτόµατης σάρωσης κατά ευθείες, επίπεδα κ.λπ. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 64 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Κεφάλαιο 10 10. Απαντήσεις σε συχνές απορίες Σε ποια ζώνη της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας εκπέµπουν τα κινητά; Όπως παρατηρούµε στην εικόνα (κάτω µέρος) τα κινητά τηλέφωνα εκπέµπουν στην ζώνη των ραδιοσυχνοτήτων (RF). Η ζώνη αυτή έχει συχνότητες πολύ µικρές της τάξης των 109 Herz, άρα µη ιονίζουσες, ενώ οι ιονίζουσες ακτινοβολίες (ακτίνες-Χ, γάµµα, υπεριώδεις) έχουν µεγάλες συχνότητες της τάξης των 1018 - 1020 Herz. Οι ιονίζουσες είναι αυτές που προκαλούν βιολογικές επιδράσεις (όγκους και µεταλλάξεις) γιατί σπάζουν τους δεσµούς στις χηµικές ενώσεις και δηµιουργούν ιόντα. Από τις µηιονίζουσες ακτινοβολίες (που λέγονται έτσι γιατί δεν δηµιουργούν ιόντα στην ύλη) κάποιες πχ µαλακές υπεριώδεις ακτίνες ή ορατές µπορεί να έχουν βιολογική επίδραση. Αλλά οι συχνότητες της ζώνης των ραδιοσυχνοτήτων RF και MW (στους φούρνους των µικροκυµάτων της τάξης των 2,54*109 Hz) µπορούν να προκαλέσουν θέρµανση στους ιστούς, η οποία εξαρτάται από τη συχνότητα της πηγής το µέγεθος και τον προσανατολισµό του ιστού. Επειδή οι ιστοί περιέχουν κατά 70% νερό (που είναι σαν ένα ηλεκτρικό δίπολο), τότε η RF ακτινοβολία αναγκάζει τα µόρια του νερού να ταλαντώνονται ή να περιστρέφονται µε τη συχνότητα της ακτινοβολίας. Οι ραδιοσυχνότητες στην περιοχή AM (106 Hz), αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς µε τους ανθρώπινους ιστούς και έτσι δεν προκαλούν θερµικά φαινόµενα. Όταν η RF ακτινοβολία θερµαίνει τους ιστούς, τότε αν ο θερµορυθµιστικός µηχανισµός του σώµατος δεν µπορεί να επαναφέρει την κανονική θερµοκρασία τους και γι' αυτό προξενούνται βλάβες. Όµως για να έχουµε παρατηρήσιµη αύξηση της θερµοκρασίας, πρέπει η πυκνότητα ισχύος να είναι πολύ µεγάλη Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 65 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών (1mW/cm2) ή όταν η µέση τιµή ενέργειας που απορροφάται από όλο το σώµα (SAR) να είναι πάνω από 5 W/kg. Πρέπει να σηµειώσουµε ότι οι στατικές ηλεκτροµαγνητικές πηγές δεν παράγουν ακτινοβολία. Ποιες είναι οι πηγές της µη ιονίζουσας ακτινοβολίας; Ακτινοβολία εξαιρετικά χαµηλής συχνότητας (ELF) Η ακτινοβολία ELF των 60 Hz παράγεται από τα ηλεκτροφόρα καλώδια, την ηλεκτρική καλωδίωση, και τον ηλεκτρικό εξοπλισµό. Οι κοινές πηγές έντονης έκθεσης σε αυτή την ακτινοβολία περιλαµβάνουν τους κλιβάνους επαγωγής και τα υψηλής τάσεως ηλεκτροφόρα καλώδια. Ακτινοβολία ραδιοσυχνοτήτων (RF)/Ακτινοβολία µικροκυµάτων (MW) Η ακτινοβολία µικροκυµάτων απορροφάται κοντά στο δέρµα, ενώ η ακτινοβολία RF µπορεί να απορροφηθεί από όλο το σώµα. Σε αρκετά υψηλές εντάσεις και οι δύο ακτινοβολίες βλάπτουν τους ιστούς εξ' αιτίας της θέρµανσης των. Οι πηγές ακτινοβολίας RF και MW περιλαµβάνουν τις κεραίες των ραδιοφωνικών κυµάτων, τα ραντάρ και τα κυψελωτά κινητά τηλέφωνα, σταθµοί κινητής ακτινοβολίας (900MHz). Υπέρυθρη ακτινοβολία (IR) Το δέρµα και τα µάτια απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία ως θερµότητα. Τα άτοµα, που εκτίθενται σε αυτήν, καταλαβαίνουν την υπερβολική έκθεση σε αυτήν όταν ζεσταίνονται ή και πονάνε ακόµα. Τέτοιες πηγές ακτινοβολίας IR περιλαµβάνουν τους φούρνους, τους λαµπτήρες θερµότητας, και τα λέιζερ IR. Ορατή ακτινοβολία. Οι διαφορετικές ορατές συχνότητες του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος (EM) "θεωρούνται" από τα µάτια µας ως διαφορετικά χρώµατα. Ο καλός φωτισµός συµβάλλει στην καλή διάθεση αλλά η υπερβολική ορατή ακτινοβολία µπορεί να βλάψει τα µάτια και το δέρµα. Υπεριώδης ακτινοβολία (UV) Τα φωτόνια της υπεριώδους ακτινοβολίας έχουν υψηλή ενέργεια και είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη επειδή δεν υπάρχει συνήθως κανένα άµεσο σύµπτωµα της υπερβολικής έκθεσης. Οι πηγές της UV ακτινοβολίας περιλαµβάνουν τον ήλιο, τα µαύρα φώτα, η οξυγονοκόλληση, και τα UV λέιζερ. Κίνδυνοι λέιζερ Τα λέιζερ εκπέµπουν UV, ορατές και IR ακτινοβολίες και πρώτιστα κινδυνεύουν τα µάτια και το δέρµα. Τα κοινά λέιζερ περιλαµβάνουν τα IR λέιζερ του CO2, τα ορατά λέιζερ περιλαµβάνουν του ηλίου - νέου, νεοδµίου YAG, και τα κόκκινα ορατά λέιζερ, ενώ τα UV λέιζερ του αζώτου. Πώς µετρείται η ακτινοβολία της ζώνης ραδιοσυχνοτήτων (RF) που εκπέµπουν τα κινητά; Τα RF κύµατα περιέχουν ως γνωστόν ένα ηλεκτρικό και ένα µαγνητικό πεδίο. Η ένταση E του ηλεκτρικού πεδίου µετρείται µε τη µονάδα βολτ ανά µέτρο (V/m), ενώ η µονάδα αµπέρ ανά µέτρο (A/m) χρησιµοποιείται για να εκφράσει την ένταση H του µαγνητικού πεδίου (άλλες µονάδες είναι το 1 Tesla και το 1 Gauss - 1Tesla=10.000 Gauss). Σηµειωτέον, ότι µόνο το µαγνητικό πεδίο εµφανίζεται να είναι κατάλληλο για να προκαλέσει προβλήµατα υγείας. Γι' αυτό µας ενδιαφέρει µόνο η ένταση Η του Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 66 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών µαγνητικού πεδίου. Από τα µαγνητικά πεδία είναι δύσκολο να προστατευθούµε, και εύκολα µπορούν διαπεράσουν κτήρια και ανθρώπους. Σε αντίθεση µε τα µαγνητικά πεδία, τα ηλεκτρικά πεδία έχουν πολύ µικρή ικανότητα να διαπεράσουν το δέρµα ή τα κτήρια. Επειδή τα στατικά ηλεκτρικά πεδία δεν διαπερνούν το σώµα, είναι γενικά παραδεκτό ότι η οποιαδήποτε βιολογική επίδραση από έκθεση σε στατικά πεδία, πρέπει να οφείλεται στο µαγνητικό πεδίο ή στα ηλεκτρικά πεδία και ρεύµατα που προκαλούν αυτά τα µαγνητικά πεδία στο σώµα. Εκτός από τις εντάσεις των δύο πεδίων τι άλλο χρησιµοποιούµε για να µετρηθεί η ηλεκτροµαγνητική επίδραση; Συνήθως όµως για τον χαρακτηρισµό ενός πεδίου RF, χρησιµοποιείται η ενεργειακή πυκνότητας. Η µονάδα της ενεργειακής πυκνότητας είναι η ισχύς ανά µονάδα εµβαδού. Παραδείγµατος χάριν, η ενεργειακή πυκνότητα µπορεί να εκφραστεί σαν milliwatt ανά τετραγωνικό εκατοστό (mW/cm2 ή σε µικροwatt ανά τετραγωνικό εκατοστό (µW/cm2). Όπως φαίνεται και δίπλα η ενεργειακή πυκνότητα των προτύπων είναι περίπου 100 φορές µικρότερη από την τιµή των 40 mW/cm2 που δηµιουργεί προβλήµατα. Για τους σταθµούς των κινητών µε συχνότητες από 1800-2000 MHz (Cosmote), οι εκθέσεις του 1992 της ANSI/IEEE δίνουν ανεκτές τιµές για την ενεργειακή πυκνότητα 1.2 mW/cm2. Για συχνότητες 900 MHz το όριο είναι 0.57 mW/cm2 (εξαρτάται λοιπόν και από την συχνότητα). Τα πρότυπα της FCC και ICNIRP είναι ελαφρά χαµηλότερα. Οι τιµές αυτές ισχύουν για µικρά χρονικά διαστήµατα των 30 λεπτών (ANSI/IEEE, NCRP, και FCC standards). Όπου υπάρχουν πολλές κεραίες αυτά τα πρότυπα αφορούν τη συνολική ισχύ. Επίσης, χρησιµοποιείται και µια άλλη ποσότητα για να µετρήσει πόση ενέργεια RF απορροφάται από το σώµα µας και ονοµάζεται Specific Absorption Rate ή SAR. Η SAR είναι ένα µέτρο της ισχύος που απορροφάται ανά µονάδα βάρους του σώµατος (W/Kg). Εκφράζεται συνήθως σε W/Kg ή mW/g. Η ποσότητα SAR είναι ένα µέγεθος που εκτός από τη συχνότητα f της ακτινοβολίας και την αγωγιµότητα Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 67 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών των ιστών εξαρτάται και από άλλους παράγοντες όπως η “ένταση” του πεδίου, ο προσανατολισµός του ατόµου σε σχέση µε την κατεύθυνση του κύµατος, το µέγεθος του σώµατος κ.α. (συνθήκες έκθεσης). Ενδεικτικά µόνο αναφέρεται ότι η τιµή SAR = 4 W/Kg µπορεί να προκύψει, υπό ορισµένες συνθήκες έκθεσης, από ένα πεδίο που έχει πυκνότητα ισχύος περίπου 10mW/cm2. Πως βγαίνουν οι ασφαλείς τιµές που πρέπει να εκπέµπονται από τα κινητά ή τις βάσεις; Ο τρόπος που βγαίνουν τα ασφαλή όρια από την ANSI/IEEE καθώς και την FCC είναι: • Μειώνονται κατά 10 φορές τα ασφαλή όρια του µικρότερου ρυθµού της απορροφούµενης ενέργειας, που φαίνεται να έχει βιολογικές επιδράσεις. • Τότε µειώνεται 5 φορές ακόµη το ασφαλές όριο αν πρόκειται για συνεχή έκθεση του κοινού. • Τελικά, λεπτοµερείς εκθέσεις δίνουν τη σχέση µεταξύ πυκνότητας ενέργειας και του ρυθµού απορρόφησης της ενέργειας (SAR), που υπάρχει πραγµατικά. • Το τελικό αποτέλεσµα για τα όρια που αφορούν το κοινό είναι µόνο το 2% του επιπέδου που προκαλεί παρατηρηθέντα βιολογικά αποτελέσµατα. Για περιοχές κοντά σε σχολεία του Καναδά τα ασφαλή επίπεδα της RF ακτινοβολίας από σταθµούς κεραιών κινητής τηλεφωνίας είναι πολύ µικρά και κυµαίνονται από 2,6 µW/cm2 έως 0,16 µW/cm2. Ενώ οι κανονικές τιµές στον Καναδά είναι 0.57 mW/cm2. Ποια είναι τα επίπεδα της RF ενέργειας που θεωρούνται ασφαλή; ∆ιάφορες οργανώσεις και χώρες έχουν αναπτύξει ορισµένα στάνταρτ για την έκθεση στην ενέργεια της Η/Μ ακτινοβολίας στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων (RF). Αυτά τα στάνταρτ συστήνουν ασφαλή επίπεδα έκθεσης στην RF ακτινοβολία και για το κοινό και για τους εργαζοµένους. Πολλές χώρες στην Ευρώπη κάνουν χρήση των στάνταρτ που δόθηκαν από τη ∆ιεθνή Επιτροπή για την Προστασία από τη Μη Ιονίζουσα ακτινοβολία (ICNIRP). Τα όρια ασφάλειας της ICNIRP είναι γενικά παρόµοια µε αυτά που ισχύουν στις ΗΠΑ, µε µερικές εξαιρέσεις. Παραδείγµατος χάριν, η ICNIRP συστήνει διαφορετικά επίπεδα έκθεσης στις χαµηλότερες και υψηλότερες περιοχές των συχνοτήτων καθώς και για τα φορητά ασύρµατα τηλέφωνα. Αυτήν την περίοδο, η Παγκόσµια Οργάνωση Υγείας εργάζεται για να δώσει ένα γενικό πλαίσιο για όλα τα κράτη. Αξίζει να σηµειωθεί ότι όλες οι ∆ιεθνείς Επιτροπές έχουν προσδιορίσει τη τιµή των 4 W/kg (απορροφούµενη δόση SAR για όλο το σώµα), ως το επίπεδο πάνω από το οποίο µπορούν να εµφανιστούν επιβλαβή βιολογικά αποτελέσµατα. Ακολούθως, από αυτή την τιµή παίρνουµε τις µέγιστες τιµές του µαγνητικού, του ηλεκτρικού πεδίου όπως και της ενεργειακής πυκνότητας σε ορισµένο τµήµα του σώµατος. Επιπλέον, οι οδηγίες των Επιτροπών (NCRP, IEEE και ICNIRP) ποικίλλουν ανάλογα µε την συχνότητα f της ραδιοσυχνότητας RF. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ολόσωµη απορρόφηση της ενέργειας RF µεταβάλλεται µε την συχνότητα f του H/M RF σήµατος. Στην περιοχή 30-300 MHz έχει βρεθεί ότι το ανθρώπινο σώµα απορροφά την ενέργεια RF πιο αποτελεσµατικά γι' αυτό κι εκεί χρησιµοποιείται η ολόσωµη απορρόφηση. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 68 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Για τα κινητά τηλέφωνα, όµως, τα όρια έκθεσης προσδιορίζονται µόνο από τα επίπεδα SAR. Για τους ποµπούς, που λειτουργούν στις συχνότητες από 300 kHz σε 100 GHz, χρησιµοποιούµε την ένταση των ηλεκτροµαγνητικών πεδίων, το SAR και την ενεργειακή πυκνότητα. Τα ασφαλή όρια που έχουν καθοριστεί από όλες τις οργανώσεις, εξαρτώνται από τη συχνότητα. Έτσι για την περιοχή συχνοτήτων από 400 MHz έως 2000 MHZ (που είναι η περιοχή συχνοτήτων των κινητών), για την ένταση Ε του ηλεκτρικού πεδίου είναι της τάξεως των 3f½ V/m, για την ένταση Η του µαγνητικού πεδίου είναι 0.008f½ A/m και για την πυκνότητα ισχύος την τιµή f/400 mW/cm² (όπου f είναι η συχνότητα του RF κύµατος σε MHz). Για το γενικό πληθυσµό, που εκτίθεται σε 24ωρη βάση και δεν είναι ενηµερωµένος ώστε να λαµβάνει µέτρα ασφαλείας, η µέγιστη επιτρεπόµενη τιµή του ρυθµού απορρόφησης SAR (ολόσωµη απορρόφηση), ορίστηκε η τιµή SAR=0.08 W/Kg. Ποια είναι τα µεγέθη που προσδιορίζουν τα επίπεδα της RF ακτινοβολίας (µη ιονίζουσας Η/Μ ακτινοβολίας) των σταθµών βάσης των κινητών τηλεφώνων; α. Η ένταση Ε του ηλεκτρικού πεδίου της β. Η ένταση H του µαγνητικού πεδίου και γ. Η πυκνότητα ισχύος του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος. Σύµφωνα µε τους γενικούς κανονισµούς (Υπουργική Απόφαση (του Ελληνικού κράτους) για τα "Μέτρα προφύλαξης του κοινού από την λειτουργία κεραιών εγκατεστηµένων στην ξηρά Αριθ. 53571/3839, Φ.Ε.Κ. 1105/Β/6-9-2000), δεν πρέπει να υπάρχουν χώροι γύρω από την κεραία ελεύθερα προσπελάσιµοι από το γενικό πληθυσµό, στους οποίους τα όρια έκθεσης για τα τρία αυτά µεγέθη να υπερβαίνουν το 80% των κάτωθι τιµών των πινάκων της σύστασης της Ε.Ε. όσον αφορά και τις δυο ζώνες συχνοτήτων της κινητής τηλεφωνίας (900 και 1800 MHz) που χρησιµοποιούνται στη χώρα µας. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου Ε (V/m) 41,25 V/m για τη ζώνη συχνοτήτων στα 900MHz 58,34 V/m για τη ζώνη συχνοτήτων στα 1800MHz Ένταση µαγνητικού πεδίου (B) 0,111 Α/m για τη ζώνη συχνοτήτων στα 900MHz 0,157 Α/m για τη ζώνη συχνοτήτων στα 1800MHz Πυκνότητα ισχύος ισοδύναµου επίπεδου ηλεκτροµαγνητικού κύµατος (Seq) 4,5 W/m² για τη ζώνη συχνοτήτων στα 900MHz 9 W/m² για τη ζώνη συχνοτήτων στα 1800MHz Ποια είναι τα όρια επικινδυνότητας που ισχύουν για τα ίδια τα κινητά τηλέφωνα; Για ολόσωµη 24ωρη έκθεση (γενικός πληθυσµός) όριο επικινδυνότητας είναι τα 0,6 mW/cm2 ή 600 µW/cm2 και ως µέγιστο επιτρεπόµενο Ρυθµό Ειδικής Απορρόφησης (SAR) τα 0,08 W/kg. Όταν η έκθεση είναι τοπική όπως και στα κινητά, υπερβάσεις των ορίων αυτών επιτρέπονται αν Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 69 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών µπορεί να αποδειχθεί ότι ο ρυθµός απορρόφησης SAR είναι µικρότερος από 1,6 W/kg κατά µέσον όρο για κάθε γραµµάριο (1gr) οποιουδήποτε ιστού της κεφαλής. Οι ποµποί συχνοτήτων 450-1500 MHz θεωρούνται ασφαλείς αν η ισχύς εκποµπής τους είναι µικρότερη από 1,4 * (450/f), όπου f η συχνότητα σε MHz). Έτσι, το φορητό του GSM (f=900MHz), µπορεί να θεωρηθεί ασφαλές αν η ισχύς του είναι µικρότερη από 0,7 Watts και εφόσον, σύµφωνα µε την οδηγία, απέχει από το σώµα απόσταση µεγαλύτερη από 2,5 cm. Σηµείωση: Η ισχύς εκποµπής των κινητών του δικτύου GSM που έχουµε στην Ελλάδα είναι περίπου 2 W. Ακτινοβολίες RF και ύλη Οι ραδιοσυχνότητες (RF) και οι ακτινοβολίες µικροκυµάτων (MW) είναι ηλεκτροµαγνητικές ακτινοβολίες µε συχνότητας από 3 kHz - 300 MHz, και 300 MHz - 300 GHz, αντίστοιχα. Η χρήση της ακτινοβολίας RF/M περιλαµβάνει τις εξής συσκευές: ραδιόφωνα, κυψελοειδή κινητά τηλέφωνα, επεξεργασία και µαγείρεµα των τροφίµων. Καθώς τα περισσότερα τρόφιµα έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νερό, τα µικροκύµατα µπορούν να ψήσουν τα τρόφιµα γρήγορα. Επίσης, έχουµε τους κλιβάνους επαγωγής, µηχανήµατα συγκολλήσεως, µεταδότες σηµάτων επικοινωνίας, ραντάρ, φούρνους µικροκυµάτων και άλλες συσκευές. Παράγονται από την ταλάντωση των ηλεκτρικών φορτίων στις κεραίες. Έτσι αν µια κεραία διαρρέεται από εναλλασσόµενο ρεύµα δηµιουργούνται Η/Μ κύµατα που ακτινοβολούν µακριά από την κεραία. Όταν τα Η/Μ κύµατα συναντούν ένα εµπόδιο τότε µπορεί µέρος αυτών να ανακλαστεί, να διαθλαστεί, να διαδοθεί µέσω του αντικειµένου ή να απορροφηθεί από το αντικείµενο. Ποια από όλες αυτές τις διαδικασίες θα επικρατήσει και σε τι ποσοστό, εξαρτάται από τη συχνότητα του Η/M κύµατος, τη γωνία πρόπτωσης, από το πόσο καλός αγωγός του ηλεκτρισµού είναι το αντικείµενο και ακόµη από το σχήµα του αντικειµένου. Στο σώµα του ανθρώπου, που έχει µέτρια, αγωγιµότητα, µπορεί να συµβούν όλα τα παραπάνω. Όπως κάθε µορφή ενέργειας έτσι και η ενέργεια που µεταφέρεται από τα ραδιοκύµατα είναι δυνατόν να επιδρά στα κύτταρα, το τελικό δε αποτέλεσµα µπορεί να είναι επιβλαβές σε διάφορο βαθµό ή µπορεί ακόµη να είναι και ευεργετικό. Αυτό εξαρτάται από τις συνθήκες έκθεσης (συχνότητα, πυκνότητα ισχύος, είδος κυµατοµορφής, διάρκεια έκθεσης κλπ) καθώς επίσης και από ορισµένους βιολογικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Η δράση των Η/Μ κυµάτων πάνω σε βιολογικά συστήµατα συντελείται µέσω κάποιων φυσικών µηχανισµών που ανάλογα µε την συχνότητα των κυµάτων είναι δυνατόν να προκαλέσουν διέγερση κυττάρων του νευρικού και µυϊκού ιστού ή να προκαλέσουν θέρµανση του σώµατος ή των οργάνων. Οι παραπάνω µηχανισµοί έχουν σχέση µε την επαγωγή ηλεκτρικών ρευµάτων στο σώµα του ατόµου που είναι εκτεθειµένο σε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία και µε την απορρόφηση ενέργειας γενικότερα. Πως µεταφέρεται η ενέργεια της RF ακτινοβολίας στο σώµα; Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 70 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Οι επιπτώσεις των ηλεκτροµαγνητικών πεδίων στην ανθρώπινη υγεία εξαρτώνται από τον βαθµό απορρόφησης τους από τους διάφορους ιστούς. Έχουµε τρεις µηχανισµούς µεταφοράς ενέργειας από το κύµα στο ανθρώπινο σώµα, µε αποτέλεσµα την αύξηση της θερµοκρασίας του: • ∆ιέγερση των ελευθέρων ηλεκτρονίων των ατόµων • Εξαναγκασµένη πόλωση των ατόµων και µορίων των ιστών από το ηλεκτρικό πεδίο του κύµατος • Ευθυγράµµιση υπαρχόντων δίπολων ατόµων ή µορίων µε το ηλεκτρικό πεδίο του κύµατος Ο τύπος υπολογισµού του SAR για ένα ζωικό ιστό πυκνότητας ρ (g/cm) και ειδικής θερµοκρασίας C (cal/g.grad), για ορισµένη συχνότητα και προσανατολισµό, είναι SAR = 4,166 ρ C ∆Τ/∆t (Watts/cm3), όπου ∆t είναι ο χρόνος ακτινοβόλησης σε sec και ∆Τ η αύξηση της θερµοκρασίας του ιστού σε βαθµούς Κελσίου (grad). Ποια όµως είναι η σχέση των ραδιοσυχνοτήτων µε τον ανθρώπινο οργανισµό; Καταρχάς ο ανθρώπινος οργανισµός αποτελείται από βιοµόρια (πρωτεΐνες, κ.λ.π.) τα οποία σχηµατίζουν λειτουργικές δοµές όπως είναι οι µεµβράνες, τα οργανίδια παραγωγής ενέργειας, που µε τη σειρά τους σχηµατίζουν τα κύτταρα. Αυτά σχηµατίζουν τους ιστούς (π.χ. επιθήλιο, νευρικός ιστός κ.λ.π.) οι οποίοι µε τη σειρά τους σχηµατίζουν τα όργανα, όπως είναι οι πνεύµονες, το συκώτι, ο εγκέφαλος, η καρδιά κ.λ.π. Οι λειτουργίες των διαφόρων οργάνων καθορίζονται από τις επί µέρους λειτουργίες των ιστών και των κυττάρων τους σε συνδυασµό πολλές φορές µε άλλα κύτταρα και ιστούς ανταλλάσσοντας µηνύµατα που είναι όχι µόνο χηµικές ουσίες αλλά και ηλεκτρικά δυναµικά. Πολλές σηµαντικές λειτουργίες των κυττάρων και ειδικότερα του εγκεφάλου, στηρίζονται στη δηµιουργία ηλεκτρικών δυναµικών (π.χ. λειτουργία συνάψεων στα νευρικά κύτταρα). Είναι συνεπώς προφανές ότι οποιαδήποτε παρέµβαση µε κάποια εξωτερική ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία και στο βαθµό που αυτή θα είναι παραπλήσιας ή και µεγαλύτερης έντασης µε τα ενδογενή ηλεκτρικά πεδία, θα έχει ως αποτέλεσµα να επηρεαστεί το κυτταρικό σύστηµα ως προς τη φυσιολογική του λειτουργία.Το θέµα αυτό έχει απασχολήσει τους ερευνητές για πολλές δεκαετίες όχι µόνο στην περίπτωση των συχνοτήτων της κινητής τηλεφωνίας αλλά και στην περίπτωση των άλλων ραδιοσυχνοτήτων που ευρίσκονται στην υπηρεσία του ανθρώπου επί µακρύτερο χρονικό διάστηµα. Όµως καµιά από αυτές τις ακτινοβολίες δεν έχει τόσο άµεση σχέση µε τον απλό πολίτη όση η ακτινοβολία από την κινητή τηλεφωνία. Για παράδειγµα, τα κύµατα ραντάρ αφορούν µικρές οµάδες εργαζοµένων, το ίδιο και οι ραδιοφωνικοί αλλά και οι τηλεοπτικοί σταθµοί. Οι δέκτες τηλεόρασης δεν εκπέµπουν ραδιοσυχνότητες αλλά µόνο λαµβάνουν. Με άλλα λόγια, το πρόβληµα που έχει δηµιουργηθεί δεν έχει ανάλογό του στην ιστορία του ανθρώπινου γένους ως προς τη µαζικότητα της χρήσης αυτών των συσκευών εκποµπής.Ήταν συνεπώς αναµενόµενο να γίνεται µεγάλη προσπάθεια διερεύνησης των επιπτώσεων ειδικά στην περίπτωση της κινητής τηλεφωνίας, προσπάθεια που έχει ξεκινήσει εδώ και αρκετά χρόνια. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 71 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Μια άλλη ιδιοµορφία της κινητής τηλεφωνίας είναι το γεγονός ότι ο χρήστης και κάτοχος µιας συσκευής κινητού τηλεφώνου δεν έχει τρόπο να διαπιστώσει αν το κινητό του τηλέφωνο λειτουργεί κάτω από τα όρια ασφαλείας. Σχετίζεται η Η/Μ ακτινοβολία που εκπέµπουν οι κεραίες κινητής τηλεφωνίας µε τη ραδιενέργεια; Όχι, γιατί αυτή η Η/Μ ακτινοβολία είµαι µη ιονίζουσα ακτινοβολία που δεν έχει καµιά σχέση µε τη ραδιενέργεια. Φυσικά είναι ανυπόστατοι και οι ισχυρισµοί περί καρκινογόνου ακτινοβολίας. Προκαλεί καρκίνο η ακτινοβολία των κινητών; Σε πολλές έρευνες επιβεβαιώθηκε, ότι ακόµη και ακτινοβολία υψηλής συχνότητας πολύ µεγάλης ισχύος δεν µπορεί να προκαλέσει µεταβολές στο γονότυπο. Γι' αυτό η υψίσυχνη ακτινοβολία δεν θεωρείται καρκινογόνα. Αντίθετα, δεν µπορεί να αποκλεισθεί ότι η αύξηση όγκων, αφού δηµιουργηθούν, θα µπορούσε να ευνοείται. Σε µια αυστραλιανή έρευνα, γενετικά µεταλλαγµένα ποντίκια ανέπτυξαν µε αυξηµένη συχνότητα όγκους, όταν ήταν εκτεθειµένα για µακρύ χρονικό διάστηµα σε ακτινοβολία κινητής τηλεφωνίας. Αν αυτό είναι επίφοβο και για τους ανθρώπους, δεν µπορεί ούτε να αποδειχθεί, ούτε να αποκλεισθεί βάσει αυτής της µιας έρευνας. Τι εννοούµε όταν λέµε θερµικές επιδράσεις της RF ακτινοβολίας; Η αρχική επίπτωση, όµως, στην υγεία από τις ακτινοβολίες RF/MW είναι οι θερµικές. Θερµικές ονοµάζονται εκείνες οι επιδράσεις της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας που οφείλονται σε µετρήσιµη αύξηση της θερµοκρασίας των ιστών που δέχονται ακτινοβολία. Οι βλάβες στον οργανισµό προξενούνται από τη θέρµανση των ακτινοβολούµενων ιστών και από την αδυναµία των θερµορυθµιστικών µηχανισµών των διαφόρων ιστών στην αντιµετώπιση της ακτινοβόλησης. Παρατηρήσιµη αύξηση της θερµοκρασίας προκαλείται από πυκνότητες ισχύος άνω του 1 mW/cm2. Οι θερµικές επιδράσεις είναι αυτές που -κατά κύριο λόγο- αποτελούν το αντικείµενο µελέτης στις δυτικές χώρες. Οι κανονισµοί της έκθεσης των ∆υτικών χωρών βασίζονται στην αποφυγή των θερµικών προβληµάτων. Εντούτοις, η έρευνα συνεχίζεται σε πιθανά "µη-θερµικά" αποτελέσµατα. Η απορρόφηση της ενέργειας των RF/MW µεταβάλλεται ανάλογα µε τη συχνότητα. Η µικροκυµατική ακτινοβολία απορροφάται κοντά στο δέρµα, ενώ η ακτινοβολία RF µπορεί να απορροφηθεί από τα όργανα βαθιά στο σώµα. Λόγω της παρουσίας νερού και ιόντων, οι ιστοί απορροφούν ενέργεια. Όπως όλοι γνωρίζουµε, το ανθρώπινο σώµα αποτελείται από 70% νερό. Το µόριο του νερού αποτελεί ένα ηλεκτρικό δίπολο (πολική οµοιοπολική ένωση). Έτσι λοιπόν όταν το σώµα µας βρεθεί µέσα σε ένα ηλεκτροµαγνητικό πεδίο τα µόρια του νερού, που είναι δίπολα, θα αρχίσουν να περιστρέφονται ή να πάλλονται στο ρυθµό συχνότητας του κύµατος. Όσο πιο µεγάλη είναι η ταχύτητα παλµού και όσο η διάρκεια του φαινοµένου Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 72 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών είναι µεγαλύτερη τόσο µεγαλύτερα ποσά θερµότητας θα παραχθούν. Ο οργανισµός του ανθρώπου διαθέτει θερµορυθµιστικούς µηχανισµούς που κρατούν τη θερµοκρασία του σώµατος σταθερή µεταξύ 36 και 37 βαθµών Κελσίου. Όταν τα παραγόµενα ποσά θερµότητας είναι σχετικά µικρά, οι θερµορυθµιστικοί µηχανισµοί µπορούν να απάγουν αυτήν τη θερµότητα και να κρατούν σταθερή τη θερµοκρασία στους 36-370C. Αντίθετα, όταν τα ποσά θερµότητας υπερβούν κάποια τιµή, τότε οι µηχανισµοί αυτοί δεν µπορούν να λειτουργήσουν σωστά κάτι που οδηγεί στην αύξηση της θερµοκρασίας σε ιστούς ή όργανα του σώµατος άνω των 37 βαθµών. Ποιες είναι δηλαδή οι επιδράσεις της RF ακτινοβολίας (ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία ραδιοσυχνοτήτων) στην υγεία µας; Η έκθεση σε µεγάλες τιµές ακτινοβολίας υψηλών συχνοτήτων έχει θερµικές επιδράσεις: η ακτινοβολούµενη ενέργεια απορροφάται από τους ιστούς και µετατρέπεται σε θερµότητα. Το σώµα έτσι θερµαίνεται. Τα όρια ασφαλούς έκθεσης του κοινού έχουν καθοριστεί έτσι ώστε να µην µπορούν να προκύψουν τέτοιες θερµικές επιδράσεις. Εφόσον αυτές οι οριακές τιµές τηρούνται σε όλους τους προσιτούς χώρους στους σταθµούς Βάσης καθώς και κατά τη συνοµιλία µε συσκευή κινητού τηλεφώνου, δεν πρέπει να φοβόµαστε θερµικές επιδράσεις. Αντίθετα µε τις θερµικές επιδράσεις της υψίσυχνης ακτινοβολίας, οι βιολογικές επιδράσεις από την έκθεση σε µικρές τιµές ακτινοβολίας υψηλών συχνοτήτων δεν είναι ακόµα εντελώς γνωστές. Ενώ πριν από µερικά χρόνια η ύπαρξη τέτοιων µη θερµικών επιδράσεων ήταν υπό αµφισβήτηση, σήµερα είναι εξακριβωµένο, ότι η υψίσυχνη ακτινοβολία µπορεί να έχει και άλλες επιδράσεις εκτός των θερµικών που προαναφέρθηκαν. Παρατηρήθηκαν π.χ. φυσιολογικές µεταβολές σε κυτταρικές καλλιέργειες και σε ζώα καθώς και επηρεασµός της ηλεκτρικής δραστηριότητας στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Επιδράσεις στους οφθαλµούς: Συνήθως η έρευνα για δηµιουργία καταρράκτη αφορά απλές ή πολλαπλές οξείες εκθέσεις σε Η/Μ ακτινοβολίες µε πυκνότητα ισχύος 80-500mW/cm2. Ακουστικό φαινόµενο: Άνθρωποι εκτιθέµενοι σε οξείς µικροκυµατικούς παλµούς αναφέρουν ότι ακούν υπόκωφο ήχο µε συχνότητα ίση προς την συχνότητα επανάληψης των παλµών. Εκροή ασβεστίου: Αυξηµένη εκροή ιόντων ασβεστίου 45 Ca2+ έχει παρατηρηθεί σε αποµονωµένους εγκεφαλικούς αλλά και καρδιακούς ιστούς πειραµατόζωων που εκτέθηκαν σε ηµιτονοειδώς διαµορφωµένα Η/Μ πεδία. Τα ιόντα του ασβεστίου είναι εξαιρετικής σηµασίας για την µεταφορική σύζευξη (transduktive coupling) µιας µεγάλης γκάµας ανοσολογικών, ενδοκρινολογικών και νευρολογικών φαινοµένων στην εξωτερική επιφάνεια της µεµβράνης των κυττάρων. Το φαινόµενο εξαρτάται ισχυρά από την συχνότητα διαµόρφωσης και την πυκνότητα ισχύος της χρησιµοποιούµενης Η/Μ ακτινοβολίας. Επιδράσεις στη συµπεριφορά: Η αλλαγή συµπεριφοράς πειραµατόζωων που εκτέθηκαν σε Η/Μ ακτινοβολία βρέθηκε να είναι το φαινόµενο που παρουσιάζεται στις χαµηλότερες τιµές κατωφλίων από όλες τις υπόλοιπες βιολογικές επιδράσεις των ραδιοκυµάτων. Τα όρια αυτά βρέθηκαν σε γενικές Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 73 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών γραµµές να έχουν τιµές 4-8W/kg ανεξάρτητα από τη συχνότητα τη διαµόρφωση, την µέση ισχύ ή τον τρόπο που γινόταν η έκθεση. Γενετικές και αναπτυξιακές ανωµαλίες: ∆εν είναι ξεκάθαρο αν δηµιουργούνται τέτοιες ανωµαλίες για SAR< 1W/kg. Για παράδειγµα όµως πρέπει να αναφερθεί ότι έχει παρατηρηθεί 10% αλλαγή στον ρυθµό ανάπτυξης κάποιων ποικιλιών δηµητριακών που εκτίθονταν σε ακτινοβολία 41.65-41.825 GHz χωρίς να δίνεται αντίστοιχη τιµή του SAR. Κάποιες δηµοσιεύσεις αναφέρονται σε επιδράσεις στην ενδοµήτρια ανάπτυξη των εµβρύων αλλά και στην µετά τον τοκετό ανάπτυξη των παιδιών των οποίων οι µητέρες εκτέθηκαν σε υψηλές τιµές Η/Μ ακτινοβολίας. Οι επιδράσεις αυτές εξηγήθηκαν ως οφειλόµενες στην τοπική άνοδο της θερµοκρασίας του σώµατος της µητέρας ως αποτέλεσµα της απορρόφησης Η/Μ ενέργειας και υπέρβασης των ορίων για τις µέγιστες επιτρεπτές τιµές του SAR. Τέλος, µε τον ίδιο τρόπο, δηλ. υπερβολική τοπική θέρµανση, εξηγήθηκαν και οι δυσλειτουργίες που παρατηρήθηκαν στους όρχεις. Βιολογικές αλληλεπιδράσεις υπό χρόνια Η/Μ έκθεση: Επίσης και στην περίπτωση αυτή είναι ανεπαρκής η έρευνα λόγω κόστους αλλά και λόγω δυσκολίας στην αδιαµφισβήτητη εκλογή των σωστών παραµέτρων για χρόνια έκθεση. Παρόλα αυτά τα αποτελέσµατα των έως τώρα µελετών και πειραµάτων συµφωνούν στη διατύπωση ότι δεν υπάρχουν αξιοσηµείωτες στατιστικές µεταβολές από τις µέσες τιµές στην πρόσληψη τροφής και νερού ή την κινητικότητα των πειραµατόζωων, δεν µεταβλήθηκαν συνολικά τα αιµατολογικά χαρακτηριστικά τους και ούτε βρέθηκαν υπό κατάσταση στρες. Αλλαγή στην συµπεριφορά παρουσιαζόταν µόνο αµέσως µετά την παύση της έκθεσης στην ακτινοβολία και αυτό ερµηνεύτηκε ως προσπάθεια αντιµετώπισης της διαφοράς στο θερµικό φορτίο. Πώς προκύπτουν αυτές οι επιδράσεις, δεν είναι γνωστό. Η αξιολόγηση καθίσταται δύσκολη από το γεγονός ότι τα πειράµατα κατά ένα µέρος δεν ήταν δυνατόν να επαναληφθούν ή υπάρχουν αντιφατικά αποτελέσµατα. Χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να διαγνωσθούν ενδεχόµενες επιδράσεις στην υγεία της υψίσυχνης ακτινοβολίας µικρής ισχύος, όπως αυτή που χρησιµοποιείται στην κινητή τηλεφωνία. Οι µακροπρόθεσµες επιδράσεις της ακτινοβολίας µικρής ισχύος δεν κατέστη δυνατόν ως σήµερα να ερευνηθούν καθόλου. Οι επιστήµονες ανησυχούν αρκετά για τους πιθανούς κινδύνους υγείας από τις κεραίες των σταθµών; Όχι αρκετά. Υπάρχουν βέβαια µερικοί λόγοι για να ανησυχήσουν για τις επιπτώσεις στην υγεία των ανθρώπων από τα κινητά τηλέφωνα (αν και δεν είναι σίγουρο ότι υπάρχουν πραγµατικά οποιοιδήποτε κίνδυνοι για την ανθρώπινη υγεία). Αυτές οι ανησυχίες υπάρχουν επειδή οι κεραίες αυτών των τηλεφώνων δίδουν ένα µεγάλο µέρος της ενέργειας της ακτινοβολίας τους σε πολύ µικρούς όγκους του σώµατος του χρήστη. Οι κεραίες των σταθµών δεν δηµιουργούν τέτοια "καυτά σηµεία" (εκτός κι αν στέκεστε κατευθείαν µπροστά τους), έτσι τα πιθανά ζητήµατα ασφάλειας σχετικά µε τα τηλέφωνα δεν έχουν καµία πραγµατική δυνατότητα εφαρµογής στις κεραίες σταθµών βάσεων. Η ακτινοβολία RF από µερικούς σταθµούς βάσεων (π.χ, εκείνες για τα παλαιότερα κινητά τηλέφωνα 800 MHz που χρησιµοποιούνται στις ΗΠΑ) µπορεί να απορροφηθεί από τους ανθρώπους Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 74 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών κάπως περισσότερο από την ακτινοβολία RF από άλλους τύπους σταθµών βάσεων (π.χ, εκείνες οι βάσεις για τα τηλέφωνα 1800-2000 MHz, που χρησιµοποιούνται στις ΗΠΑ). Εντούτοις, µόλις απορροφηθεί η ενέργεια τα αποτελέσµατα είναι τα ίδια. Πόσος κίνδυνος υπάρχει από τα ασύρµατα κινητά τηλέφωνα της σταθερής τηλεφωνίας; Τα διαθέσιµα επιστηµονικά στοιχεία δεν δείχνουν ότι οποιαδήποτε προβλήµατα υγείας συνδέονται µε τη χρήση των ασύρµατων τηλεφώνων. Αλλά, δεν υπάρχει και καµία απόδειξη ότι τα ασύρµατα τηλέφωνα είναι απολύτως ασφαλή. Τα ασύρµατα τηλέφωνα εκπέµπουν Η/Μ ακτινοβολία στην περιοχή των µικροκυµάτων µε χαµηλά επίπεδα ενέργειας όταν χρησιµοποιούνται ή όταν είναι σε αναµονή. Ενώ τα υψηλά επίπεδα αυτής της ακτινοβολίας µπορούν να έχουν επιπτώσεις στην υγεία (µε τη θέρµανση των ιστών), η έκθεση στα χαµηλά επίπεδα των κινητών δεν παράγει θερµικά αποτελέσµατα που να έχουν κάποια δυσµενή επίπτωση στην υγεία. Πολλές µελέτες που έχουν γίνει για τις επιπτώσεις σε χαµηλές εκθέσεις της περιοχής των RF δεν έχουν βρεi οποιαδήποτε βιολογικά αποτελέσµατα. Μερικές µελέτες έχουν προτείνει ότι µερικά βιολογικά αποτελέσµατα µπορούν να εµφανιστούν, αλλά τέτοια συµπεράσµατα δεν έχουν επιβεβαιωθεί από επιπρόσθετες έρευνες. Σε µερικές περιπτώσεις, άλλοι ερευνητές είχαν δυσκολία στην αναπαραγωγή αυτών των µελετών, ή στο να καθορίσουν τις αιτίες για τα ασυµβίβαστα αποτελέσµατα. Προκαλεί η ακτινοβολία της κινητής τηλεφωνίας πονοκέφαλο και διαταραχές ύπνου; Έρευνες στη Σκανδιναβία έδειξαν, ότι άτοµα που χρησιµοποιούν πολύ το κινητό τηλέφωνο, αναφέρουν συχνότερα πονοκεφάλους, κούραση και φαγούρες σε σχέση µε άτοµα που το χρησιµοποιούν λιγότερο. Αν αυτά τα συµπτώµατα είναι συνέπεια της ακτινοβολίας του κινητού τηλεφώνου, ή επακόλουθο του αγχώδους καθηµερινού βίου του ατόµου που χρησιµοποιεί πολύ το κινητό, δεν έχει διευκρινισθεί επί του παρόντος. Σε µια εργαστηριακή έρευνα που πραγµατοποιήθηκε σε οµάδα εθελοντών παρουσιάστηκε ένας επηρεασµός των φάσεων του ύπνου, όταν κατά τη διάρκεια της νύκτας αυτοί ήταν εκτεθειµένοι στην ακτινοβολία ενός κινητού τηλεφώνου σε απόσταση 40 εκατοστών από το κεφάλι τους. Αν µια τέτοια επίδραση υφίσταται και στην περίπτωση των σηµαντικά ασθενέστερων τιµών ακτινοβολίας που εκπέµπονται από κάποιο σταθµό Βάσης, παραµένει ως ερώτηµα. Τι δείχνουν οι έρευνες για την επίδραση στην υγεία; Η έρευνα που έχει γίνει µέχρι σήµερα έδωσε συγκρουόµενα αποτελέσµατα, και πολλές µελέτες έχουν κενά από τις ερευνητικές µεθόδους τους. Τα πειράµατα σε ζώα, που ερεύνησαν τα αποτελέσµατα της έκθεσης στην RF ακτινοβολία, έχουν δώσει συγκρουόµενα αποτελέσµατα που δεν µπορούν συχνά να επαναληφθούν σε άλλα εργαστήρια. Μερικές µελέτες σε ζώα, εντούτοις, έχουν προτείνει ότι χαµηλά επίπεδα της ακτινοβολίας RF θα µπορούσαν να επιταχύνουν την ανάπτυξη του καρκίνου στα πειραµατόζωα. Όµως, πολλές από τις µελέτες που εµφάνισαν αυξανόµενη ανάπτυξη όγκων χρησιµοποίησαν ζώα που ήταν φτιαγµένα Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 75 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών γενετικά ή είχαν εκτεθεί σε καρκινογόνες χηµικές ουσίες, έτσι ώστε να έχουν µια προδιάθεση στο να αναπτύξουν καρκίνο και χωρίς την παρουσία ακτινοβολίας RF των κινητών. Άλλες µελέτες εξέθεσαν ζώα σε ακτινοβολίας RF µέχρι και 22 ώρες την ηµέρα. Αυτές οι συνθήκες δεν είναι όµοιες µε τις συνθήκες κάτω από τις οποίες οι άνθρωποι χρησιµοποιούν σήµερα τα ασύρµατα κινητά τηλέφωνα. Έτσι, δεν ξέρουµε µε βεβαιότητα τι τα αποτελέσµατα τέτοιων µελετών κακών για την ανθρώπινη υγεία. Τρεις µεγάλες επιδηµιολογικές µελέτες έχουν δηµοσιευθεί από το ∆εκέµβριο του 2000. Μεταξύ αυτών, οι µελέτες ερεύνησαν οποιαδήποτε πιθανή σύνδεση µεταξύ της χρήσης των ασύρµατων κινητών τηλεφώνων και του καρκίνου στον εγκέφαλο, του πρήξιµου σε νευρόγλια, της µηνιγγίτιδας, ή του ακουστικού νεύρου, των όγκων του εγκεφάλου ή του σιελογόνου αδένα, της λευχαιµίας, ή άλλων µορφών καρκίνων. Καµία από τις µελέτες δεν κατέδειξε την ύπαρξη οποιωνδήποτε επιβλαβών επιδράσεων πάνω στην υγεία από την έκθεση στις RF συχνότητες των ασύρµατων κινητών τηλεφώνων. Όµως, καµία από τις µελέτες δεν µπορεί να απαντήσει στις ερωτήσεις που γίνονται για τις µακροπρόθεσµες εκθέσεις στην ακτινοβολία, επειδή ο µέσος χρόνος χρήσης του τηλεφώνου σε αυτές τις µελέτες ήταν περίπου τρία χρόνια. Και τα παιδιά που χρησιµοποιούν τα ασύρµατα τηλέφωνα; Τα επιστηµονικά στοιχεία δεν εµφανίζουν κανέναν κίνδυνο για τους χρήστες των ασύρµατων κινητών τηλεφώνων, συµπεριλαµβανοµένων και των παιδιών και των εφήβων. Μια µείωση όµως του χρόνου χρήσης του κινητού από τα παιδιά καθώς και η αύξηση της απόστασης µεταξύ του χρήστη και του κινητού θα µείωναν ασφαλώς την έκθεση στην ακτινοβολία. Μερικές επιστηµονικές οµάδες, που υποστηρίζονται από κυβερνήσεις, έχουν συµβουλέψει να αποθαρρύνονται τα παιδιά στη χρήση των κινητών. Παραδείγµατος χάριν, η κυβέρνηση στη Βρετανία διένειµε φυλλάδια που περιέχουν µια τέτοια σύσταση τον ∆εκέµβριο του 2000. Σηµείωναν δε, ότι κανένα στοιχείο δεν υπάρχει ότι η χρησιµοποίηση ενός κινητού προκαλεί όγκο στον εγκέφαλο ή άλλα βλαβερά αποτελέσµατα. Υπήρχε όµως σύσταση στο να περιορίσουν τα παιδιά τη χρήση του τηλεφώνου για προληπτικούς λόγους κι όχι γιατί βασίστηκαν σε επιστηµονικά στοιχεία ότι υπάρχει οποιοσδήποτε κίνδυνος υγείας. Ποια µέτρα µπορούν να ληφθούν για να µειώσει ο κόσµος την έκθεση στην RF ακτινοβολία; Εάν υπάρχει κίνδυνος από τα κινητά - και σήµερα δεν ξέρουµε ότι υπάρχει - αυτός είναι πιθανώς πολύ µικρός. Αλλά εάν ενδιαφέρεστε να αποφύγετε έστω και τον παραµικρό πιθανό κίνδυνο, µπορείτε να λάβετε µερικά απλά µέτρα για να ελαχιστοποιήσετε την έκθεσή σας στην ενέργεια των ακτινοβολιών RF. Καθώς ο χρόνος έκθεσης είναι ένας βασικός παράγοντας στο πόση ακτινοβολία κάποιος παίρνει, η µείωση του χρόνου οµιλίας θα µειώσει την έκθεση στην ακτινοβολία. Κάθε συνδιάλεξη µε φορητό τηλέφωνο να είναι σύντοµη (0,5-1 λεπτό) και να ακολουθεί πεντάλεπτη αναµονή, προκειµένου να ηρεµήσουν όσα κύτταρα απορρόφησαν ακτινοβολία. Σε Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 76 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών τηλεφωνήµατα µεγαλύτερης διάρκειας, θα πρέπει να χρησιµοποιείται hands free και το κινητό να βρίσκεται τουλάχιστον ένα µέτρο µακριά από τον χρήστη. Εάν όµως πρέπει να κάνετε πολλά τηλεφωνήµατα από το κινητό κάθε ηµέρα, θα µπορούσατε να τοποθετήσετε το τηλέφωνο σε µεγαλύτερη απόσταση από το σώµα σας, επειδή το επίπεδο της έκθεσης πέφτει εντυπωσιακά µε την αύξηση της απόσταση. Παραδείγµατος χάριν, θα µπορούσατε να χρησιµοποιήσετε µια κάσκα και να µεταφέρετε το ασύρµατο τηλέφωνο µακριά από το σώµα σας ή να χρησιµοποιήσετε ένα ασύρµατο τηλέφωνο που συνδέεται µε µια αποµακρυσµένη κεραία. Μπορούν τα hands-free να µειώσουν τους κινδύνους; ∆εν υπάρχει κανένας λόγος να θεωρηθεί ότι τα hands-free µειώνουν τους κινδύνους. Τα hands-free µπορούν να χρησιµοποιηθούν µε τα κινητά τηλέφωνα για ευκολία και άνεση. Αυτά τα συστήµατα µειώνουν την απορρόφηση της ενέργειας των ακτινοβολιών RF στο κεφάλι επειδή το τηλέφωνο, που είναι η πηγή των ακτινοβολιών, δεν τοποθετείται στο ύψος του κεφαλιού µας. Αφ' ετέρου, εάν το τηλέφωνο βρίσκεται στη µέση του σώµατος ή σε άλλο µέρος του σώµατος κατά τη διάρκεια της χρήσης (πχ κοντά στο στήθος), τότε αυτό το µέρος του σώµατος θα απορροφήσει την περισσότερη RF ενέργεια. Τα κινητά τηλέφωνα που πωλούνται στις ΗΠΑ και την ΕΕ έχουν µικρές εκποµπές ακτινοβολίας ανεξάρτητα από το εάν τοποθετείται στο αυτί µας ή στο σώµα. Επίσης κάποιες ασπίδες, που λένε ότι προστατεύουν το χρήστη από την απορρόφηση της ακτινοβολίας ίσως να µην είναι και τόσο ασφαλείς. Οι µελέτες έχουν δείξει ότι αυτά τα προϊόντα γενικά δεν δουλεύουν όπως διαφηµίζονται. Αυτές οι αποκαλούµενες "ασπίδες" µπορούν να προκαλέσουν αντίθετα αύξηση της εκπεµπόµενης ισχύς του για να αντισταθµίσει την λειτουργία της ασπίδας, οδηγώντας σε µια αύξηση της απορροφούµενης ακτινοβολίας. Τον Φεβρουάριο του 2002, η Αµερικανική Επιτροπή (FTC) τιµώρησε δύο εταιρείες που παραπλανούσαν το κοινό µε τις συσκευές που πωλούσαν. Σύµφωνα µε την FTC, αυτές οι εταιρείες δεν µπορούσαν να τεκµηριώσουν τον ισχυρισµό τους για τη µείωση της ακτινοβολίας. Μπορούµε να µιλάµε στα αυτοκίνητα µε ασφάλεια; Πρέπει να τηλεφωνείτε, όταν είστε στο αυτοκίνητο, µόνο µέσω εξωτερικής κεραίας. Το µεταλλικό αµάξωµα του αυτοκινήτου σας εγκλωβίζει την ακτινοβολία και αφήνει µικρό µόνο µέρος της να εκπεµφθεί εξωτερικά. Έτσι λοιπόν το κινητό σας τηλέφωνο για να πετύχει ικανοποιητική ποιότητα επικοινωνίας, ανεβάζει αυτόµατα την ισχύ εκποµπής του και έτσι σας επιβαρύνει σε µεγαλύτερη ακτινοβολία. Ποιος είναι ο θεωρητικός υπολογισµός της πυκνότητας ισχύος; Ο θεωρητικός υπολογισµός της πυκνότητας ισχύος στο περιβάλλον του κινητού τηλεφώνου για ισχύ εκποµπής Ρ=2 W, για τη διεύθυνση µέγιστης ακτινοβολίας της κεραίας και για αποστάσεις από 5 µέχρι 20cm, δίνει τιµές από 10.000µW/cm2 µέχρι 650µW/cm2, που είναι πολύ µεγαλύτερες και των δυτικών ορίων επικινδυνότητας. Η σύγκριση όµως δεν είναι επιτρεπτή, επειδή τα όρια αυτά αφορούν ολόσωµη Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 77 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών έκθεση ενώ η ακτινοβολία του κινητού εντοπίζεται µόνο στην κεφαλή. Έχει υπολογιστεί ότι για να µειωθεί ο βαθµός απορρόφησης της ακτινοβολίας του κινητού σε όλους τους ιστούς της κεφαλής κάτω από το όριο επικινδυνότητας των 1,6W/kg, θα πρέπει η ισχύς του κινητού τηλεφώνου να πέσει κάτω από 0,6W. Οι δε θεωρητικοί υπολογισµοί του SAR της ακτινοβολίας ενός κινητού από το µάτι, το αυτί και τον εγκέφαλο µε ισχύ εκποµπής φορητού 1W και για δύο θέσεις του φορητού ως προς το κεφάλι (κατακόρυφη και υπό κλίση 45ο) σε απόσταση 0,5cm από αυτό, έδειξε τα αποτελέσµατα του παρακάτω πίνακα: Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης (W/kg) Φορητό τηλέφωνο τοποθετηµένο κατακόρυφα Φορητό τηλέφωνο κεκλιµένο κατά 45ο ως προς την κατακόρυφο Μάτι 1,82W/kg 2,48W/kg Εγκέφαλος 0,178W/kg 0,21W/kg Αυτί 10,11W/kg 4,97W/kg Είδος ιστού Οι τιµές που προκύπτουν είναι µεγάλες και υπερβαίνουν το όριο επικινδυνότητας των 1,6W/kg για µεµονωµένους ιστούς. Μεγαλύτερη εµφανίζεται, φυσιολογικά, η απορρόφηση από το αυτί, για κατακόρυφη θέση του κινητού, υπερβαίνοντας κατά 6 φορές περίπου το όριο επικινδυνότητας. Ποιες είναι οι τελευταίες µετρήσεις του ΕΜΠ; Όµως πρόσφατες µετρήσεις µιας έρευνας του ΕΜΠ για την απορρόφηση από το αυτί, της Η/Μ ακτινοβολίας RF που εκπέµπεται από τα νέα κινητά των 0,5W ή 0,25W δίνει τα εξής αποτελέσµατα που είναι πολύ κάτω από τα όρια, ιδίως για το δίκτυο της Cosmote (1800 ΜΗz). Ρυθµός Ειδικής Απορρόφησης (W/kg) Κεραία µε κλίση 45ο σε απόσταση 0,5cm από το αυτί Κεραία κατακόρυφη σε απόσταση 0,5cm από το αυτί 1800MHz* 915MHz** 1800MHz* 915MHz** 0,5 W 1,5 2,4 4,5 5 0,25W 0,75 1,2 2,2 2,5 Επιτρέπεται να τοποθετούνται κεραίες κινητής τηλεφωνίας στις ταράτσες κτηρίων; Η απάντηση είναι ότι οι κεραίες της κινητής τηλεφωνίας εκπέµπουν µικρή ισχύ και κατά τέτοιο τρόπο ώστε ακόµα και σε απόσταση λίγων µέτρων από το µέτωπο της κεραίας (και όχι της κατασκευής) τα επίπεδα της ακτινοβολίας να είναι αρκετές φορές χαµηλότερα από τα νοµοθετηµένα όρια ασφαλείας. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 78 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Οι κεραίες κινητής τηλεφωνίας εκπέµπουν περισσότερο σε σχέση µε τις κεραίες της ραδιοφωνίας και της τηλεόρασης; Η απάντηση εδώ είναι ότι οι κεραίες κινητής τηλεφωνίας εκπέµπουν ισχύ 100 έως 5000 φορές χαµηλότερα από τις κεραίες της ραδιοφωνίας και της τηλεόρασης και γι' αυτό τοποθετούνται µέσα στις πόλεις. Οι κεραίες κινητής τηλεφωνίας µπορούν να επηρεάσουν ιατρικές συσκευές, όπως οι βηµατοδότες; Εφόσον τα επίπεδα εκποµπής είναι εντός των αντίστοιχων ορίων ασφαλείας,τα οποία είναι πολύ αυστηρότερα για τις συσκευές αυτές, δεν υπάρχουν στοιχεία που να αποδεικνύουν κάτι τέτοιο, σηµειώνει η ίδια έρευνα. Αν οι κεραίες κινητής τηλεφωνίας τοποθετούνταν εκτός κατοικηµένων περιοχών, θα µειώνονταν τα επίπεδα έκθεσης; Όχι, γιατί σε αυτή την περίπτωση θα χρειαζόταν µεγαλύτερη ισχύς εκποµπής, καθώς θα αυξανόταν η εµβέλεια των κεραιών, αναφέρει η έρευνα του ΕΜΠ. Οι κεραίες πως τοποθετούνται; Οι σταθερές κεραίες που χρησιµοποιούνται για τις ασύρµατες τηλεπικοινωνίες αναφέρονται ως κυψελοειδείς σταθµοί βάσεων ή πύργοι τηλεφωνικών µεταφορών. Αυτοί οι σταθµοί αποτελούνται από τις κεραίες και τον ηλεκτρονικό εξοπλισµό. Επειδή οι κεραίες χρειάζονται να είναι ψηλά στον αέρα, βρίσκονται συχνά σε πύργους, σε βουνά, σε κολυµβητήρια, ή σε στέγες. Τα χαρακτηριστικά ύψη για τους πύργους των βάσεων είναι 15 - 60 µέτρα. Μερικοί σταθµοί κινητών χρησιµοποιούν πανκατευθυντικές κεραίες µήκους 3 έως 5 µέτρων. Αυτοί οι τύποι των βάσεων βρίσκονται συνήθως στις αγροτικές περιοχές. Στις αστικές και ηµιαστιακές περιοχές, χρησιµοποιούνται πιο µικρές βάσεις, περίπου ενός µέτρου. Οι κεραίες διευθετούνται συνήθως σε τρεις οµάδες των τριών κεραιών η κάθε µία. Η µια κεραία σε κάθε οµάδα χρησιµοποιείται για να διαβιβάσει τα σήµατα στα ασύρµατα κινητά τηλέφωνα, και οι άλλες δύο κεραίες σε κάθε οµάδα χρησιµοποιούνται για να λαβαίνουν τα σήµατα από τα ασύρµατα κινητά τηλέφωνα. Το ποσό της ακτινοβολίας που παράγεται εξαρτάται από τον αριθµό των ραδιοκαναλιών ανά κεραία και την ισχύ κάθε ποµπού των σηµάτων. Στην Αµερική, συνήθως υπάρχουν 21 τέτοια κανάλια ανά τµήµα των κεραιών. Άρα θεωρητικά την ίδια στιγµή µπορούν να συνδεθούν 63 κινητά (21 κανάλια επί 3 κεραίες). Εντούτοις, είναι απίθανο ότι όλες οι συσκευές θα συνδέονται συγχρόνως. Όταν όµως χρησιµοποιούνται οι πανκατευθυντικές κεραίες, τότε ένας κυψελοειδής σταθµός βάσης θα µπορούσε θεωρητικά να χρησιµοποιήσει µέχρι και 96 συσκευές, αλλά αυτό θα ήταν πολύ ασυνήθιστο, γιατί είναι απίθανο ότι όλες αυτές οι συσκευές συγχρόνως αποστέλλουν ή παίρνουν σήµατα. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 79 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Πόσο ασφαλής είναι η περιοχή των βάσεων των κεραιών; Τα ηλεκτροµαγνητικά σήµατα στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων (RF) µεταδίδονται από τις κεραίες των σταθµών βάσης προς τον ορίζοντα σε σχετικά στενές διαδροµές. Όπως και µε όλες τις µορφές της ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας, η ισχύς µειώνεται γρήγορα µε την απόσταση από την κεραία. Εποµένως, η RF έκθεση στο έδαφος είναι πολύ µικρότερη από την έκθεση πολύ κοντά στην κεραία και στη διαδροµή που ακολουθεί το ραδιοσήµα. Στην πραγµατικότητα, η έκθεση στο επίπεδο του εδάφους από τέτοιες κεραίες είναι χιλιάδες φορές µικρότερη από τα επίπεδα έκθεσης που συστήνονται σαν ασφαλή από τις ειδικές οργανώσεις. Έτσι η έκθεση στους κατοίκους που µένουν κοντά στις κεραίες θα ήταν σύµφωνα µε τα περιθώρια ασφάλειας. Στην πραγµατικότητα, ένα άτοµο προκειµένου να εκτεθεί στα επίπεδα ή κοντά στα όρια αυτά, που ορίζουν οι διεθνείς οργανώσεις για τις κεραίες αυτές, θα πρέπει ουσιαστικά να παραµένει στη διαδροµή - στην ευθεία - του Η/Μ ραδιοσήµατος (στο ύψος δηλαδή της κεραίας) και εντός λίγων µέτρων από την κεραία. Φυσικά, είναι πολύ απίθανο να συµβεί για κάποιον που µένει κοντά στην κεραία. Υπάρχουν διαφορές µεταξύ κεραιών της κινητής και κεραιών του ραδιοφώνου και της τηλεόρασης; Ναι και Όχι. Η ακτινοβολία RF από µερικές κεραίες (ιδιαίτερα τις κεραίες των ραδιοφώνων FM και της τηλεόρασης VHF) απορροφάται περισσότερο από τους ανθρώπους από όσο η ακτινοβολία RF από τις κεραίες των σταθµών των κινητών τηλεφώνων, αλλά µόλις απορροφηθεί η ενέργεια τα αποτελέσµατα είναι βασικά τα ίδια. Οι κεραίες FM και της TV στέλνουν 100 έως 5000 φορές περισσότερη ισχύ από ό,τι οι κεραίες των σταθµών των κινητών, αλλά όµως αυτές τοποθετούνται συνήθως σε πολύ υψηλότερους πύργους ή βουνά. Αν µια κεραία είναι σε µια ταράτσα, πώς µειώνεται η ένταση της ακτινοβολίας µε την απόσταση; Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται η µείωση ανάλογα µε την απόσταση. Αλλά αν θέλετε ακριβέστερα στοιχεία, µπορείτε να απευθυνθείτε στην Ε.Ε.Α.Ε. για περαιτέρω ενηµέρωση και να κάνετε αίτηση για την διεξαγωγή µετρήσεων. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 80 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Τι πρέπει να προσέχω κατά την αγορά κινητού τηλεφώνου ; Πριν αποκτήσετε κινητό τηλέφωνο, ενηµερωθείτε για την ισχύ της ακτινοβολίας που απορροφάται στο κεφάλι σας (µέγεθος SAR). Σύντοµα, όλοι οι κατασκευαστές θα το αναγράφουν στο κουτί της κάθε συσκευής. Από αυτή την άποψη υπάρχουν σηµαντικές διαφορές µεταξύ των διαφόρων µοντέλων συσκευών κινητών τηλεφώνων. Προτιµήστε µια συσκευή µε χαµηλή επιβάρυνση ακτινοβολίας. Συµπέρασµα Και πάλι αναφέρουµε, ότι τα επιστηµονικά στοιχεία δεν καταδεικνύουν ότι τα κινητά τηλέφωνα είναι επιβλαβή. Αλλά εάν θεωρείται ότι στο µέλλον ίσως αποδειχτούν επιβλαβή πάρτε τα µέτρα σας. Μειώστε το χρόνο οµιλίας, µην το βάζετε στη µέση σας (γιατί επηρεάζονται αρκετά τα γεννητικά όργανα) και αυξήστε την απόστασή όταν µιλάτε από το ακουστικό. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 81 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ To SAR δείχνει την απορόφυση ενέργειας από το ανθρώπινο σώµα σε βατ ανα κιλό (W/Kg). Το ανώτατο όριο που έχει θεσπιστεί από τον παγκόσµιο οργανισµό υγείας στην Συγκαπούρη είναι 2.0 W/Kg. Οι τιµές που παρατήθενται αντιπρωσοπεύουν τον µέγιστο επίπεδο SAR µε το τηλέφωνο δίπλα στο αυτί. Μέχρι τώρα οι παρακάτω εταιρίες έχουν δηµοσιεύσει πληροφορίες για τα κινητά τους: Alcatel 511 0.30 Alcatel 531 0.86 Alcatel 512 0.30 Alcatel Club 0.87 Alcatel 715 0.35 Alcatel Easy 0.87 Alcatel 501 0.41 Alcatel Gumm 0.87 Alcatel 332 0.43 Alcatel Max 0.87 Alcatel 701 0.43 Alcatel View 0.96 Alcatel 331 0.49 Alcatel Max1 0.97 Alcatel 735 0.57 Alcatel 302 1.00 Alcatel 310 0.60 Alcatel 303 1.00 Alcatel 311 0.60 Alcatel 304 1.00 Alcatel 525 0.60 Alcatel 300 1.02 Alcatel 500 0.71 Alcatel 301 1.02 Alcatel 320 0.77 Alcatel 700 1.04 Alcatel 535 0.81 Ascom GD350 1.07 Ascom Axento 1.25 Ascom GDX350 1.07 Ascom Elisto 1.33 Benefon Twin Dual 1.01 Bosch GSM-909 1.13 Bosch M-Com 906 1.32 Bosch GSM 607 1.20 LG 7100 0.32 LG 8110 1.07 LG G5300i 0.427 LG C1100 1.12 LG 1100 0.638 LG C1200 1.15 LG 7050 0.638 Mitsubishi M341i 0.356 Mitsubishi M320 0.868 Mitsubishi Aria 0.44 Mitsubishi Galaxy 0.93 Mitsubishi Cosma 0.60 Mitsubishi Eclipe 0.941 Mitsubishi Neptune 0.713 Mitsubishi Mars 0.994 Mitsubishi Mondo 0.738 Mitsubishi Mystral 1.12 Mitsubishi Trium 110 0.746 Mitsubishi Aure1 1.12 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 82 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Mitsubishi Sirius 0.748 Mitsubishi Odyssey 1.12 Mitsubishi M342i 0.785 Mitsubishi MM21i 1.28 Mitsubishi MT 30 1.30 Motorola MPX200 0.12 Motorola 8088 0.87 Motorola U15 0.35 Motorola C650 0.87 Motorola 130 Startac 0.38 Motorola T192 0.87 Motorola ACCOMPLI 009 0.38 Motorola V51 0.87 Motorola P8088 0.43 Motorola E365 0.88 Motorola T8088 0.445 Motorola C350 0.90 Motorola V60g 0.52 Motorola V2088 0.90 Motorola V60i 0.52 Motorola V220 0.90 Motorola T228 0.54 Motorola V500 0.90 Motorola V80 0.54 Motorola V525 0.90 Motorola A835 0.55 Motorola C450 0.92 Motorola T2288 0.62 Motorola T190 0.92 Motorola T180 0.64 Motorola T205 0.93 Motorola A925 0.65 Motorola T720 0.93 Motorola 2288 0.66 Motorola T720i 0.93 Motorola A830 0.69 Motorola T722i 0.93 Motorola CD930 0.70 Motorola V150 0.93 Motorola C550 0.71 Motorola V300 0.93 Motorola C380 0.73 Motorola V303 0.93 Motorola C385 0.73 Motorola 97389i 0.95 Motorola E380 0.73 Motorola C300 0.95 Motorola A920 0.75 Motorola T260 0.95 Motorola V8088 0.76 Motorola A760 0.96 Motorola C200 0.78 Motorola T280 0.96 Motorola T250 0.80 Motorola T280i 0.96 Motorola C331 0.81 Motorola V70 0.96 Motorola C332 0.81 Motorola E398 1.01 Motorola C333 0.81 Motorola T191 1.01 Motorola C336 0.81 Motorola A008 1.02 Motorola D160 0.81 Motorola P7389 1.07 Motorola M3888 0.815 Motorola P789E 1.07 Motorola V2288 0.82 Motorola V66 1.17 Motorola V600 0.82 Motorola V66i 1.17 Motorola C250 0.83 Motorola V3688 1.19 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 83 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Motorola L7089 0.83 Motorola V3690 1.19 Motorola L7189 0.83 Motorola V50 1.19 Motorola TP250 0.83 NEC N223i 0.425 NEC 616 0.64 NEC N22i 0.462 NEC N400i 0.709 NEC 313 0.501 NEC 606 0.76 NEC E525 0.506 NEC E232 0.93 NEC N341i 0.506 NEC N331i 0.93 NEC 808n 0.515 NEC DB7000 0.988 NEC 808s 0.515 NEC N32i 0.988 DB4000 1.23 NEC Nokia 8890 0,26 Nokia 1100 0,67 Nokia 8910i 0,26 Nokia 5110 0,69 Nokia 9210 0,34 Nokia 6150 0,69 Nokia 9210i 0,34 Nokia 7600 0,71 Nokia 7650 0,35 Nokia 3650 0,72 Nokia THR850 0,35 Nokia 6820 0,72 Nokia 7200 0,36 Nokia 8110 0,73 Nokia 8850 0,43 Nokia 8110i 0,73 Nokia 5100 0,48 Nokia 8810i 0,73 Nokia 3350 0,52 Nokia 5510 0,74 Nokia 8910 0,52 Nokia 3300 0,77 Nokia THR880 0,52 Nokia 6600 0,8 Nokia 7610 0,54 Nokia 3210 0,81 Nokia 2100 0,55 Nokia 3410 0,81 Nokia 6250 0,55 Nokia 6310 0,81 Nokia 3200 0,56 Nokia 6510 0,81 Nokia NGAUGE 0,57 Nokia 6210 0,82 Nokia 6230 0,59 Nokia 6810 0,82 Nokia 6100 0,6 Nokia 8310 0,82 Nokia 7250 0,6 Nokia 3510i 0,83 Nokia 7250 0,6 Nokia 2300 0,86 Nokia 6800 0,61 Nokia 6110 0,87 Nokia 5210 0,62 Nokia 7110 0,9 Nokia 6610 0,63 Nokia 3310 0,96 Nokia 7210 0,63 Nokia 3330 0,96 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 84 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Nokia 6610I 0,63 Nokia 8210 1 Nokia 6650 0,64 Nokia 8810 1,14 Nokia 3510 0,66 Nokia 3110 1,24 Nokia 6220 0,66 Panasonic P341 0,459 Panasonic GD93 0,72 Panasonic X70 0,459 Panasonic G600 0,732 Panasonic Z70 0,459 Panasonic A100i 0,737 Panasonic G50 0,494 Panasonic A100 0,743 Panasonic G600 0,5 Panasonic GD55 0,753 Panasonic GD67 0,505 Panasonic GD96 0,759 Panasonic GD68 0,505 Panasonic G70 0,77 Panasonic X400 0,555 Panasonic GD95 0,839 Panasonic GD86A 0,576 Panasonic GD350 0,856 Panasonic G51E 0,582 Panasonic X300 0,863 Panasonic G51M 0,629 Panasonic EB-G250 0,95 Panasonic GD87 0,633 Panasonic GD520 0,95 Panasonic GD75 0,669 Panasonic EB-GD92 0,97 Panasonic GD76 0,669 Panasonic EB-G500 0,98 Panasonic X60 0,672 Panasonic GD88 0,982 Philips Azalis 0.50 Philips Diga 1.06 Philips Ozeo 0.61 Philips Xennium 1.14 Philips 355 0.662 Philips Genie 1800 1.41 Philips Genie 1.05 Philips Genie 900 1.52 Sagem MYX7 0.57 Sagem MYC2 0.93 Sagem MYX1 0.64 Sagem MYX3-2 0.93 Sagem MYX2 0.64 Sagem MYC3 0.99 Sagem MYX5 0.64 Sagem MYXC-3B 0.99 Sagem 959 0.65 Sagem 366 1.05 Sagem MYX6 0.65 Sagem 840 1.05 MYC1 1.12 Sagem Samsung SGH E800 0.32 Samsung SGH X600 0.842 Samsung SGH D410 0.37 Samsung SGH S200 0.843 Samsung SGH C100 0.458 Samsung SGH N620 0.873 Samsung SGH P510 0.518 Samsung SGH E100 0.892 Samsung SGH X400 0.597 Samsung SGH C110 0.915 Samsung SGH D415 0.619 Samsung SGH T100 0.936 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 85 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Samsung SGH P100 0.659 Samsung M100 0.94 Samsung SGH V200 0.685 Samsung SGH A800 0.961 Samsung SGH Z105 0.699 Samsung SGH X450 0.98 Samsung SGH X430 0.711 Samsung SGH S100 1.01 Samsung SGH T400 0.718 Samsung SGH A300 1.03 Samsung SGH X100 0.758 Samsung A110 1.13 Samsung 2200 0.78 Samsung SGH S300 1.14 Samsung SGH E700 0.795 Samsung SGH 2400 1.17 Samsung SGH T500 0.797 Samsung SGH P400 1.18 Samsung SGH E600 0.837 Samsung N100 1.38 Sharp TQ.G700 1.01 Siemens U15 0.35 Siemens A40 0.85 Siemens ST60 0.47 Siemens M35i 0.85 Siemens S40 0.48 Siemens S35i 0.85 Siemens S65 0.48 Siemens CL50 0.88 Siemens C55 0.49 Siemens M65 0.88 Siemens SX1 0.52 Siemens S451 0.89 Siemens S55 0.53 Siemens SL42 0.89 Siemens A55 0.56 Siemens SL45 0.89 Siemens A56 0.56 Siemens SL45i 0.89 Siemens CX65 0.59 Siemens C45 0.93 Siemens SL55 0.62 Siemens S45 0.95 Siemens M55 0.64 Siemens S45i 0.95 Siemens A57 0.67 Siemens A50 0.97 Siemens A60 0.67 Siemens A52 0.97 Siemens C60 0.67 Siemens ME45 0.98 Siemens M50 0.67 Siemens U10 0.98 Siemens C-25 0.72 Siemens M50 1.01 Siemens C62 0.72 Siemens MT50 1.01 Siemens C65 0.73 Siemens A36 1.11 Siemens ST55 0.74 Siemens C35i 1.19 Siemens CF62 0.75 Sony/Ericsson TZ600 0.16 Sony/Ericsson T630 0.88 Sony/Ericsson T2265 0.26 Sony/Ericsson R600 0.89 Sony/Ericsson T68i 0.38 Sony/Ericsson T610 0.89 Sony/Ericsson CMDX-1000 0.41 Sony/Ericsson T618 0.89 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 86 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών Sony/Ericsson SH888 0.42 Sony/Ericsson P900 0.91 Sony/Ericsson K700 0.48 Sony/Ericsson P908 0.91 Sony/Ericsson T68 0.49 Sony/Ericsson SH688 0.91 Sony/Ericsson T68M 0.49 Sony/Ericsson R310s 0.94 Sony/Ericsson K500i 0.53 Sony/Ericsson R320s 0.94 Sony/Ericsson CMD-C1 0.55 Sony/Ericsson Z200 0.94 Sony/Ericsson T18s 0.61 Sony/Ericsson Z208 0.94 Sony/Ericsson T200 0.63 Sony/Ericsson GH688 0.95 Sony/Ericsson P800 0.64 Sony/Ericsson A3618S 0.96 Sony/Ericsson P802 0.64 Sony/Ericsson T65 0.98 Sony/Ericsson T230 0.74 Sony/Ericsson CMD27 0.99 Sony/Ericsson T238 0.74 Sony/Ericsson CMD-J7 0.99 Sony/Ericsson S828 0.77 Sony/Ericsson CMD-Z5 1.06 Sony/Ericsson A2618s 0.79 Sony/Ericsson R300D 1.13 Sony/Ericsson T300 0.80 Sony/Ericsson R300LX 1.13 Sony/Ericsson T600 0.80 Sony/Ericsson T28 1.27 Sony/Ericsson T602 0.80 Sony/Ericsson T28s 1.27 Sony/Ericsson T310 0.81 Sony/Ericsson A1228DSI 1.34 Sony/Ericsson T312 0.81 Sony/Ericsson 1282D 1.35 Sony/Ericsson T100 0.84 Sony/Ericsson A1228D 1.35 Sony/Ericsson T102 0.84 Sony/Ericsson A1228C 1.38 Sony/Ericsson T66 0.85 Sony/Ericsson 1200 1.39 Sony/Ericsson A1228Di 0.86 Sony/Ericsson 2200 1.39 Sony/Ericsson CMDJ70 0.86 Sony/Ericsson 3200 1.39 Sony/Ericsson A1018s 0.88 Sony/Ericsson T19LX 1.40 Sony/Ericsson CMB-M25 0.88 Sony/Ericsson R278D 1.41 Sony/Ericsson R3002 0.88 Sony/Ericsson Z1010 1.41 Sony/Ericsson R300Z 0.88 Sony/Ericsson LX-588 1.51 Sony/Ericsson T628 Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 0.88 87 Τ.Ε.Ι. Κρήτης – Τµήµα Ηλεκτρονικής Εργαστήριο Μικροκυµατικών Επικοινωνιών & Ηλεκτροµαγνητικών Εφαρµογών ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Κ.Θ. Λιολιούση, Βιολογικές Επιδράσεις της Ηλεκτροµαγνητικής Ακτινοβολίας, Εκδ. ∆ίαυλος, Αθήνα, 1997. 2. Ι.Ο. Βαρδιάµπασης, Κεραίες και ∆ιάδοση Ηλεκτροµαγνητικών Κυµάτων, Τ.Ε.Ι. Κρήτης, Χανιά 2003. 3. Σ.Σ. Κουρής, Στοιχεία Θεωρίας Κεραιών και ∆ιαδόσεως Ηλεκτροµαγνητικών Κυµάτων, Εκδ. Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1994. 4. Ι.Γ. Φικιώρης, Εισαγωγή εις την Θεωρία των Κεραιών και την ∆ιάδοσιν Ηλεκτροµαγνητικών Κυµάτων, Ε.Μ.Π, Αθήνα 1987. 5. J.A. Stratton, Electromagnetic Theory, New York: Mc Graw Hill, 1941, sec. 9.25- 9.27. 6. J.L. Sebastian, S. Munoz, M. Sancho, J.M. Miranda, 2001, “Analysis of the influence of the cell geometry,orientation and cell proximity effects on the electric field distribution from direct RF exposure”, Physics in Medicine and Biology, 46, pp. 213-225. 7. Z. Sienkiewicz, 1998, “Biological effects of electromagnetic fields and radiation”, J. Radiological Protection, 18, pp. 185-193. 8. R.D. Saunders, Z.J. Sienkiewicz, 1991, “Biological effects of electromagnetic fields and Radiation”, J. Radiological Protection, 11, pp. 27-42. 9. N. Hassan, I. Chatterjee, N. Publicover, G.L. Craviso, 2003, “Numerical study of induced current perturbations in the vicinity of excitable cells exposed to extremely low frequency magnetic fields, Physics in Medicine and Biology, 48, pp. 3277-3293. 10. Περιοδικό "Τεχνική Εκλογή". 11. Εφηµερίδα “ΤΟ ΒΗΜΑ”. 12. Εφηµερίδα “ΤΑ ΝΕΑ”. 13. Εφηµερίδα “ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ”. Αναστάσιος Κοντογιαννάτος– Πτυχιακή Εργασία 88